Статистическая машина Г.Холлерита

Ольга Ананьева

Появление и начало производства счетных машин Г. Холлерита в 80-х гг. прошлого столетия занимает особое место в истории вычислительной техники и вызвано необходимостью решения новых социально-экономических задач, связанных с обработкой больших объемов информации (прежде всего в сферах учета и статистики).

В конце XIX в. перепись населения как одна из важнейших статистических задач проводилась регулярно - через 10 лет, это требование статистики строго соблюдали все развитые страны. Французский статистик Фовиль, славившийся остроумием, любил рассказывать о том, как на экзамене статистики одного студента спросили, почему переписи населения называют десятилетними. "Потому, - ответил он, - что их результаты разрабатываются в течение 10 лет". И в этом была доля правды, т. к. обработка полученных данных проводилась в течение нескольких лет, как правило, вручную или с помощью механических вычислительных машин. Причем статистиков уже не удовлетворяли данные только о количестве населения. Необходимы были сведения о национальности, родном языке, возрасте, поле, вероисповедании. Для этого необходимо было классифицировать собранный материал и выполнить счет по различным признакам. При этом объем работы настолько увеличивался, что выполнить его оперативно и качественно на механических арифмометрах или суммирующих машинах оказалось невозможным, - потребовалось создание нового специального класса вычислительных машин, получивших название счетно-аналитических, а с начала 1960-х гг. - перфорационных.

Впервые проблемой механизированной обработки статистической информации занялся талантливый американский изобретатель Герман Холлерит. Он родился 29 февраля 1860 г. в Буффало (штат Нью-Йорк) в семье немецких иммигрантов. В 19 лет Герман закончил горную школу при Колумбийском университете, где был известен своей ненавистью к грамматике и любовью к рисованию. Он обладал прекрасным чувством пропорции и был неплохим художником. Его трудовая деятельность началась в Бюро цензов США. Это статистическое управление при министерстве внутренних дел занималось проведением переписей населения и обработкой результатов. Здесь в 1880 г. Холлерит познакомился с доктором Джоном Биллингсом, который сыграл важную роль в его дальнейшей судьбе, предложив заняться исследованиями в области механизированной обработки статистических данных и использовать в качестве основного элемента записи информации, получаемой в процессе переписей и ее последующей обработки, перфорированные карты.

Образец перфокарты Г. Холлерита, применявшейся
в австрийской переписи 1890 г.

Г. Холлерит долго придерживался другой точки зрения, он был уверен, что наиболее эффективно использовать для записей статистических данных перфоленты и придумал конструкцию специального барабана, на который наматывалась перфолента, и счетчиками отсчитывались отверстия. И все-таки изобретатель был вынужден признать свою идею несостоятельной, т. к. перфолента не способствовала оперативной работе с той или иной записью на длинной бумажной ленте. Он вернулся к предложению Дж. Биллингса и разработал специальную перфокарту, куда в виде пробивок наносились все данные об одном человеке.

Идея перфокарт уже была известна в мире и нашла практическое применение в ткацких станках Ж. Жаккара (1804) и вычислительной машине Ч. Бэббиджа (1833). Не исключено, что Г. Холлерит знал об этом, но как он сам вспоминал, к этой идее его подтолкнула работа кондуктора. Оказывается, в США, чтобы предотвратить мошенничество на железных дорогах и кражу билетов, кондукторы "записывали" физические особенности пассажиров (цвет волос, глаз и т. п. ) компостером в специально отведенных местах на билете.

Замысел Г. Холлерита состоял в том, чтобы на каждого человека завести личную карточку и все подлежащие обработке данные представить отверстиями в фиксированных местах (позициях). Эта перфокарта по виду была не похожа на железнодорожный билет или уже известные карты, а являлась оригинальной авторской запатентованной разработкой. Она была сделана из плотного картона размером приблизительно с долларовую бумажку, но размер карточки мог колебаться в зависимости от количества позиций, каждая из которых отвечала за определенный признак (пол, семейное положение, вероисповедание и т. д.), например в австрийской переписи 1890 г. применялись перфокарты, имеющие 20х12 позиций, в российской переписи 1897 г. - 22х12 позиций.

Сведения заносились на перфокарту вручную с помощью пробивного устройства - пантографа или перфоратора. На лицевой панели перфоратора имеется таблица признаков в виде карты-шаблона с отверстиями по всей координатной сетке, над которой по радиусу перемещается рычаг со штифтом на конце. Если в специальную раму для карточки положить чистую перфокарту и опустить штифт в отверстие, соответствующее какому-либо признаку, то специальное устройство в раме в той же позиции перфокарты пробьет идентичный признак. За час на перфораторе можно заполнить не более 80 карточек.

Перфоратор Г. Холлерита, 1897 г.

Теперь можно было либо подсчитать отверстия на всех перфокартах на основной машине - табуляторе, либо распределить их по тому же принципу на сортировке.

Табулятор (электромеханическая машина), внешне напоминающий бюро, работал от больших электрических батарей. На передней панели - электромеханические счетчики, по 10 штук в каждом горизонтальном ряду емкостью 10 000 единиц. Число горизонтальных рядов могло быть от 4 до 12. На столе справа - воспринимающий пресс, который считывает данные с перфокарт и передает их на табулятор или сортировальную машину. В верхней (подвижной) части пресса находятся металлические иголочки на пружинках, их расположение и число соответствует центрам чашечек с ртутью в нижней (неподвижной) части пресса. При считывании данных с перфокарты ее укладывают в пресс и вручную опускают верхнюю часть пресса. В местах пробивок иглы свободно проходят, достигая ртути, цепь замыкается, сигнал от чашечки по проводам поступает к счетчику. Каждой чашке соответствует свой счетчик, на лицевой стороне которого циферблат на 100 делений и две стрелки (большая показывает единицы и десятки, маленькая - сотни). Часовой механизм приводится в движение маленьким электромагнитом. Счетчики съемные, результаты сбрасываются поворотом стрелок вручную. По окончании обработки карточек на табуляторе каждый счетчик показывает, сколько раз в его позиции замыкалась электрическая цепь через отверстие в перфокарте, и подводятся простые итоги по одному признаку. Для статистических исследований важное значение имеют комбинации разных признаков, например пола с возрастом, с образованием и т. д. В таком случае прямое электрическое соединение ртутных чашечек со счетчиками не решит задачу - необходимо дополнительное использование сортировальной машины, которая работала совместно с табулятором, и наличие электромагнитных реле.

Электромагнитные реле, известные с 1831 г., до Г. Холлерита не применялись в счетной технике. В необходимом количестве (не более 120 штук) реле устанавливали на задней панели табулятора. В сортировальной машине они располагались в каждой из 26 ячеек для отсортированных перфокарт и соединялись электропроводами со счетчиками табулятора. Скорость обработки карточек на табуляторе составляла 1000 штук в час.

Итак, управление механическими счетчиками и сортировкой осуществлялось электрическими импульсами, возникающими при замыкании электрической цепи при наличии отверстия в перфокарте. Импульсы использовались и для ввода чисел, и для управления работой машины. Поэтому машина Г. Холлерита была признана первой электромеханической счетной машиной с программным управлением. Она представляла собой комплект устройств (перфоратора, сортировальной машины и табулятора) различного функционального назначения, но связанных между собой технологически процессом обработки информации. Счетная машина задумывалась Г. Холлеритом как Census Machine (машина для переписи). Она по праву считается "первой статистической".

Счетная машина Г. Холлерита

Правда, успех и мировая слава Г. Холлерита еще впереди, пройдет еще не один год напряженного труда, проб и ошибок. В 1882 г. Холлерит преподавал в Массачусетском университете и только приступал к осуществлению своего проекта. Позже, работая в Вашингтонском бюро патентов, он смог полностью отдаться интересной творческой работе и уже в 1884 г. получил первый патент на табулятор. Затем в течение пяти лет запатентовал перфоратор, сортировку и перфокарту. В 1887 г. представилась возможность испытать машину в Балтиморе при составлении таблиц смертности, а в 1889 г. предстояло еще одно конкурсное испытание на пробной переписи в Сан-Луи. Как показала практика, машина блестяще выполнила задачу и обработала информацию в два раза быстрее по сравнению с ручными системами. Правительство США приняло решение заключить контракт с Г. Холлеритом на поставку его оборудования для подсчета результатов национальной переписи 1890 г., благодаря этому все статистические расчеты были выполнены в рекордные сроки - за три года.

Научная деятельность изобретателя получила высокую оценку: он удостаивается степени доктора философии Колумбийского университета и нескольких американских наград, а в 1893 г. на Всемирной Парижской выставке - бронзовой медали. Изобретение получает мировую известность, машина передается в аренду для проведения переписи в Австрию (1890), затем в Канаду (1891) и Норвегию (1891). Спрос возрастает, и в 1896 г. Холлерит организует компанию Tabulating Machine Company, которая начинает серийный выпуск машин.

Постепенно расширяется сфера применения табуляторов. Они используются для сельскохозяйственной переписи, железнодорожной статистики, расчета заработной платы, учета материальных ценностей и т. п. Они успешно работают в Риме - в главном статистическом бюро Италии, в Берлине - в городском статистическом бюро, но по-прежнему наиболее важной и значимой задачей, решаемой с помощью этой техники, остается перепись населения. Вскоре машинам Г. Холлерита предстояло проявить себя в грандиозной первой Всероссийской переписи населения 1897 г.

Фирма Tabulating Machine Company процветала, спрос на ее продукцию был очень высок, на протяжении 15 лет она сохраняла монополию на производство счетно-аналитических машин.

В августе 1895 г. Холлерит получил приглашение в Берн на сессию Международного Статистического института. Здесь впервые прозвучало определение "статистический инженер", которое явилось высокой оценкой деятельности Г. Холлерита. Здесь видные статисты всего мира узнали о решении царского правительства - провести в 1897 г. первую Всероссийскую перепись населения, здесь же впервые Россия и Г. Холлерит проявили взаимный интерес.

Изобретатель постоянно работал над усовершенствованием своей машины. Основной целью было повышение ее производительности. Скорость обработки информации во многом зависела от числа счетчиков в табуляторе, поэтому он предложил несколько вариантов конструкций: с 40, 80 и 120 счетчиками. В 1902 г. Холлерит создает автоматический табулятор, в котором перфокарты подавались не вручную, а автоматически, и модернизирует сортировальную машину. В 1908 г. он разрабатывает очень удачную конструкцию электромеханического суммирующего устройства, впоследствии применявшегося во многих счетно-аналитических машинах.

В 1905 г., в ожидании переписи населения 1910 г., при Бюро цензов организуется механическая лаборатория, которая должна была развернуть экспериментальную работу в области счетно-аналитических машин. Возглавил ее талантливый инженер Джеймс Пауэрс. Правительство США решило оказать финансовую поддержку этого проекта и выделило $40 млн. Пауэрс предложил собственную конструкцию комплекта статистической машины, также состоящего из табулятора, сортировки и перфоратора, но, в отличие от системы Г. Холлерита, основанного только на механике. Важным достоинством его табулятора являлось печатающее устройство. В 1911 г., после завершения переписи, Джеймс Пауэрс организует собственную фирму по производству счетно-аналитических машин. Вскоре подобная компания появляется во Франции.

К этому времени Г. Холлерит, став уже вполне состоятельным человеком, решил закончить свою предпринимательскую карьеру и отойти от дел фирмы (тем более, что с появлением достойных соперников возникли новые финансовые проблемы).

Г. Холлерит полностью изменил свой образ жизни: наслаждался свободой и семейным комфортом, стал гурманом изысканных блюд, посещал театры, увлекся литературой и музыкой, купил фонограф Эдисона и полный комплект валиков оперы "Травиата". Круг его интересов и увлечений был очень широк. В то же время он не мог оставить дело всей своей жизни и продолжал заниматься конструированием статистических машин. Свой последний (31-й) патент Г. Холлерит получил в 1919 г., а к последней разработке табулятора приступил в шестьдесят три года, но завершить ее так и не успел.

Созданная Г. Холлеритом в 1896 г. фирма Tabulating Machine Company по производству счетно-аналитических машин была продана, в 1911 г. она слилась с другими компаниями в одну, которая с 1924 г. называется International Business Machines. До 1921 г. Холлерит оставался консультантом этой фирмы.

Итак, с именем "статистического инженера" связано не только рождение принципиально нового направления в вычислительной технике, но и создание крупнейшей, всемирно известной фирмы IBM (International Business Machines).

На основании исследований, проведенных немецким ученым Ф. Кистерманном, удалось выяснить, что сегодня сохранилось лишь четыре экземпляра первой статистической машины Г. Холлерита. Они представлены в техническом музее Осло, корпорации IBM в Нью-Йорке, Национальном музее техники в Париже и Политехническом музее в Москве. В Россию эта машина попала в числе других в 1897 г. для обработки результатов первой Всероссийской переписи населения. Рассказ об этом историческом событии - в следующем номере.