Luknje, kartice in trakovi
V nekaj poprejšnjih prispevkih v tej rubriki smo pisali o mehanskih napravah in računalnikih, ki so ustvarjali računalniško zgodovino. Zato je primerno, da vzamemo pod lupo tudi takratne načine zapisa podatkov.
Zahteve po lažjem shranjevanju podatkov so se oglasile šele, ko se je količina podatkov večala. Tako niti večina današnjih naprav ne omogoča shranjevanja podatkov. S pomnjenjem banalnih podatkov si pač ne belimo glave, če pa potrebujemo drugačne nastavitve, enostavno pritisnemo na gumb ali pomaknemo vzvod.
Pianola
Tkanje
Naprave z veliko količino podatkov, ki je zahtevala nekakšno shranjevanje, so se najprej pojavile v tekstilni industriji, po izumu parnega stroja pa se je tkanje mehaniziralo. Toda mehanizirane statve so lahko tkale le najbolj običajne tkalne vzorce. Ročno tkano blago z umetelnimi vzorci pa je bilo še naprej domena redkih spretnih obrtnikov in zategadelj še posebej drago(ceno). Francoski izumitelj Basile Bouchon je tako že leta 1725 prišel na zamisel, da bi pri tkanju posamezne niti dvigoval prek mehanizmov, ki bi imeli dvige zapisane kot luknje na polah papirja. Z različnim prepletom niti je lahko izdeloval bolj zapletene načine tkanja in vzorce. A njegove statve so, kljub večji hitrosti tkanja in večji prijaznosti do uporabnikov, še vedno zahtevale posredovanje izučenega tkalca in niso omogočale tkanja poljubnih vzorcev ali slik. Kljub omejitvam je tkanje v marsičem olajšal. Bouchonov pomočnik Jean-Baptiste Falcon je zapise vzorcev na papirju uredil v vrste in uporabil kvadratne kartice, ki jih je spel v verige.
Žakarske statve
Že v prejšnji številki omenjeni Joseph Marie Jacquard je v letih 1801–1805 proces tkanja popolnoma avtomatiziral s statvami, ki so kasneje dobile ime po njem– žakarske statve. Podobno kot prej so bili ukazi za preplet niti shranjeni na kartico. Pri tem je ena kartica vsebovala navodila za eno vrstico. Posamezne osnovne niti so bile prek sistemov vrvic in vzvodov povezane z bralnimi kavlji, ki so drseli prek kartic in se dvigovali ter spuščali, odvisno od vzorca, zapisanega na karticah. Med tako razmaknjenimi osnovnimi nitmi je čolniček napeljeval votek (prečno nit). Nove statve so tkalcem omogočile izdelavo tkanin z bolj zapletenimi vzorci, na primer brokat in damast. Žakarske statve pa so bile tak uspeh, da so jih v postrevolucionarni Franciji mimo cehovskih zakonov razglasili za javno dobro, Jacquarda pa nagradili z visoko pokojnino in deležem od vsakih izdelanih statev.
Bouchonove statve s karticami
Igranje
Glasbene skrinjice so že precej let pred iznajdbo luknjanih kartic uporabljale diske ali cilindre, na katerih so bili kovinski zobje, ki so ob vrtenju sprožali igralne mehanizme. Tak zapis zvoka se je solidno obnesel pri orglah, nekoliko manj pa pri klavirju, kjer je bila pomembna tudi sila pritiska na tipko. V drugi polovici 19. stoletja je več izumiteljev v Angliji in ZDA to razrešilo z vmesnim pnevmatskim sistemom, ki je znal poleg tempiranja udarca prilagoditi tudi silo tega udarca. Leta 1876 so v Philadelphii nekaj avtomatskih klavirjev oziroma pianol razstavili na takratni svetovni razstavi ob stoletnici ZDA. Večina je imela glasbo zapisano na karticah, ki so bile, podobno kot pri tkalnih strojih, spete v verige ali zvitke. Do začetka dvajsetega stoletja je bila tehnologija pianol dovolj izpopolnjena, da so jo kot prvi način zapisa glasbe ponudili splošnem trgu. Tipične pianole so stale 250 takratnih dolarjev, kar bi bilo danes nekje 6000 evrov, zato ne preseneča, da so jih kot umetniški izdelek ponujali pretežno bogatejšim kupcem. Nabor glasbe je bil tako ob začetku dobe pianol sestavljen pretežno iz klasičnih del. Šele sčasoma je v naboru začela prevladovati sodobna popularna in tudi jazzovska glasba. Založniki so trg preplavljali s številnimi glasbenimi zvitki, najplodovitejši so izdajali tudi več kot 200 različnih naslovov na mesec.
Prav tako se je začela (prva) vojna formatov – prvi približno standardizirani trakovi so podpirali 65-notni format (torej je pianola lahko igrala le 65 različnih not, od A1 do C#7). Do leta 1910 pa se je uveljavil standardni zapis z vsemi 88 klavirskimi notami (A0 do C8). Da bi preprečili nadaljnje spopade glede formatov, so leta 1908 standardizirali 65- in 88-notna zapisa ter fizične dimenzije zvitka. Zanimivo, da standard ni zapovedoval tempa, temveč se je ta lahko spreminjal glede na želje poslušalcev. Ta problem so rešili šele kasneje še z nekoliko bolj zapletenimi napravami, ki so se imenovale reprodukcijski klavirji. Z njimi so poskušali domačim poslušalcem pričarati čim bolj zvest posnetek igranja.
A vrnimo se nazaj k razvoju. Leta 1916 je bil, kot da vojne grozote ne bi bile dovolj, izumljen poseben zvitek, ki je poleg zapisa not obsegal tudi izpisano besedilo. Poslušalci so lahko besedilo prepevali ob spremljavi pianole in prvo tekmovanje v karaokah se je lahko začelo. V divjih dvajsetih je priljubljenost pianol najprej dosegla vrhunec in nato trdo strmoglavila. V začetku desetletja so k izdelavi glasbenih zvitkov povabili številne priljubljene klavirske mojstre, zato ni čudno, da se zvitki v iskanju izgubljenih zapisov še dandanes skenirajo v elektronske oblike. Poguba pianol je prišla v obliki radijskih sprejemnikov s sodobnejšimi ojačevalci zvoka, ki so omogočali, da je radijski prenos lahko poslušala vsa družina, poleg tega pa je bil radio še precej cenejši, kar je bilo še posebej pomembno v času velike gospodarske krize. A vendar so se pianolski zvitki izdelovali in prodajali tudi v enaindvajsetem stoletju, čeprav jih je seveda že v marsičem nadomestil digitalni MIDI zapis zvoka.
Obdelava podatkov
Do konca devetnajstega stoletja so se luknjane kartice izkazale pri raznovrstnih opravilih. Za zapisovanje podatkov jih je za svoje nesojene stroje uporabil že Charles Babbage. Toda njihovo pravo veljavo je demonstriral ameriški izumitelj Herman Hollerith. V nasprotju s številnimi težavnimi geniji je bil Hollerith potrpežljiv in učinkovit učenjak, ki je izkoristil danosti, ki so mu bile na voljo. Po študiju rudarstva se je za nekaj let pridružil MITju, ki je že takrat združeval številne vrhunske znanstvenike. Tam je Hollerith prvič delal poizkuse z luknjanimi karticami in obdelavo podatkov. In priložnost za uporabo se je pokazala zelo kmalu. ZDA so vsakih deset let izvajale popis prebivalstva, ki je bil zaradi množičnega priseljevanja še posebej pomemben. Toda razmah prebivalstva – ob prvem popisu 1790 so ZDA štele 4 milijone prebivalcev, leta 1890 pa več kot 60 – je grozil, da bo ročna analiza rezultatov končana šele po naslednjem popisu, saj so rezultate predhodnega popisa urejali kar sedem let. Hollerith, ki je bil med urejanjem teh podatkov zaposlen v Uradu za popis, se je še kako zavedal mučnega dela. Hkrati je poznal dela predhodnikov – Jacquarda in Babbagea, a se je odločil, da bo njune izdelke nadgradil z noviteto – električnim pogonom. Toda osnovno delovanje tabulatorja – naprave, ki je kartice razvrščala odvisno od položaja luknje – je v osnovi ostalo enako kot pri predhodnikih.
Hollerithova kartica
V nasprotju z današnjimi časi se je Urad za popis dejavno lotil iskanja hitrejšega načina obdelave podatkov. Tako je priredil razpis, na katerem so udeleženci urejali in nato analizirali zapise. Hollerith, ki se je na razpis prijavil, je najprej demonstriral pantograf, ki je podatke popisa za vsakogar preslikal na kartico tako, da je naredil luknjo za vsako kategorijo, npr. spol, starost, stan. Pri tem je bil le malo boljši od preostalih udeležencev, toda njegov sistem se je izkazal v drugem delu, kjer je bilo treba podatke obdelati. Pri tem je bil s tabulatorjem približno desetkrat hitrejši od drugih udeležencev.
Urad je tako izbral Hollerithovo napravo in popis iz leta 1890 analiziral v rekordnem času dveh let, kljub dodanim številnim novim kategorijam. Pri tem je tudi prihranil 5 milijonov tedanjih oziroma 27 milijonov današnjih dolarjev. Elektrika ni rabila le pogonu tabulatorjev, temveč tudi razvrščanju in štetju luknjanih kartic. Daljše igle so predirale snope razvrščenih kartic in sprožale električne signale, ki so jih beležile merilne ure. Spretni upravljavec je lahko razvrstil do 80 kartic na minuto, kar je bilo neprimerljivo hitro v primerjavi z ročnim razvrščanjem. Hollerith pa se je izkazal tudi za spretnega poslovneža. Svoje zamisli je pridno patentiral vse od leta 1884 naprej. Hkrati je bil nadvse pragmatičen. Velikost njegovih luknjanih kartic (ki so se kasneje seveda imenovale Hollithove in so se obdržale kar 70 let) je bila enaka velikosti dolarskih bankovcev, saj je tako lahko uporabljal že obstoječe blagajne in drugo opremo. Hollerith je po uspehu s popisom ustanovil svoje podjetje – Tabulating Machine Company in v naslednjih desetletjih izvedel popise prebivalstva v številnih državah, med njimi leta 1910 tudi v naših krajih.
Primera luknjanih trakov različnih standardov
Temeljni Hollorithov uspeh pa niso številni hitro izvedeni popisi prebivalstva, temveč možnosti analize podatkov, ki so se s tem ponudile. Zaradi digitalizacije podatkov je bilo mogoče vrtilne tabele in poizvedbe, na primer koliko samskih moških, starejših od 40 let, živi v določenem mestu, izvajati izredno hitro – le s pretikanjem nekaj žic, kar je povečalo zanimanje za takšne analize. Hkrati so bili lahko podatki o komerkoli ali čemerkoli – od prebivalcev prek kupcev pa vse do železniških vagonov. Leta 1896 je podjetje New York Central And Hudson River Railroad uporabilo Hollorithov sistem za pregled in analizo tovora. Sistem je bil tako učinkovit, da so mnogi Holloritha spraševali, zakaj ni svojega sistema prej uporabil v te namene, ta pa je potrpežljivo odgovarjal, da o železniškem prometu pač ni imel pojma. Hollorith je svoje podjetje leta 1911 prodal Charesu Flintu in ta ga je pridružil svojemu podjetju Computing-Tabulating-Recording Company. Slednji se je v dvajsetih letih preobrazil v International Business Machines – IBM.
Luknjane kartice so bile razmeroma udoben način zapisa. Ob napaki je operater lahko zamenjal le eno kartico, pravilne pa obdržal. Kljub temu se je kasneje razvil nov zapisovalni medij – luknjani trak. Ta je bil v rabi predvsem po koncu druge svetovne vojne tako v telekomunikacijah (teleprinterji) kot tudi za vhodno-izhodne enote računalnikov in kasneje CNC obdelovalnih strojev. Klasična širina traku je obsegala od 5 (teleprinterski standard) do 8 lukenj. Ostanki papirja pri luknjanju so mnogokrat onesposobili luknjač, zato so iznašli metodo luknjanja, pri kateri so vdolbino le odtisnili. Napredek robustnega elektronskega zapisa podatkov pa je hitro povzročil zaton tako luknjanih trakov kot kartic. Morda še zadnji ostanek uporabe luknjanih trakov lahko danes opazimo v znaku Instituta Jožef Stefan, ki je sestavljen iz lukenj, ki jih je pustila 5-bitna teleprinterska koda za okrajšavo IJS.