赫曼·霍列瑞斯

公元1880年，美利堅合眾國舉行了又一次全國性人口普查，為當時5000餘萬美國人登記造冊。在人口調查局從事統計工作的霍列瑞斯，靜靜地坐在他的辦公室里，望著那汗牛充棟的人口登記冊發愁。據他的估算，分析這些千辛萬苦收集到的數據，人口調查局普查至少要花費7年時間。也就是說，美國政府和公民們，幾乎要到下一次人口普查時，才能得知這次普查的人口狀況，這豈不是太誤事？

霍列瑞斯曾多次與同事們一起，走鄉串戶收集資料，深知每個數據都來之不易。他也曾終日埋在“數據堆”里，用手搖計算機“搖”得滿頭大汗，一天下來，也算不出幾張表格。他心裡默默地想，此時此刻再來作什麼改進，當然於事無補。但是，“亡羊補牢，猶未晚矣”，為下一次人口普查“未雨綢繆”的事，應該早一點提到議事日程。想著想著，他隨手取過手搖計算機，“搖”出了更一個驚人的數字：到1890年，美國人口還將增加1200萬，若按老辦法統計，即使再添加人手，沒有10年以上的功夫，是根本搞不出什麼結果的。他們迫切需要一種機器，幫助完成繁重的統計製表任務。

青少年時期經歷

霍列瑞斯1860年誕生於紐約州北部一個德國僑民家庭。他從小喜愛數學，一般人看來枯燥乏味的數字，他卻有濃厚的興趣。19歲那年，他從哥侖比亞大學礦業學院畢業，獲得博士學位。雖然學的是採礦專業，卻在人口調查局謀到了一份職位，充當他老師特裡布里奇的助手。調查局的工作性質要求他“不僅掌握技術知識，而且經過了嚴格的科學訓練和具有敏銳的觀察能力”，而霍列瑞斯在大學里就承擔過研究課題，他特別注意理論學習與實踐活動的結合，除掌握必修的物理、化學等課程，他也涉獵過幾何、製圖、測量和統計分析等各種知識。此外，他還經常到工廠和商店考察和實習，接觸社會。這一切，都給他後來的生活帶來巨大的影響。

得到比林斯的鼓勵，霍列瑞斯信心倍增，從此以全部身心投入到製表機的研製中。他設法弄到一台傑卡德編織機，剖析它的構造和原理。在此期間，他曾到麻省理工學院任教，一邊教書，一邊刻苦學習機械和電氣技術。為了掌握髮明的技巧和熟悉專利法，霍列瑞斯還到一家專利事務所工作過一段時間。

霍列瑞斯最初設計的製表機，幾乎就是傑卡德編織機的“翻版”。將人口普查的數據製成“穿孔紙帶”沒有多大的困難，每個人的調查數據有若干項，諸如性別、籍貫、年齡等等，他可以把所有的調查項目依次排列，然後根據調查結果在每人的相應項目位置上穿孔。例如，約翰先生是40歲的男性公民，就在“性別”欄目“男”的名下打個小孔，在“年齡”欄目“40”之下也打個小孔，如此等等。當穿孔紙帶的欄目統統被打上小孔之後，它就詳細記錄了某一次調查的結果。霍列瑞斯在他的專利申請書里描述過這種方法：“每個人的不同統計項目，將由適當的小孔來記錄，小孔分佈於一條紙帶上，由引導盤牽引控制前進。”

基於這種設想，1884年，霍列瑞斯製作完成了第一台製表機。機器上裝備著一個計數器，當穿孔紙帶被牽引移動時，一旦有孔的地方通過鼓形轉輪表面，計數器電路就被接通，完成一次累加統計。當年，他把機器運到巴爾的摩人口登記辦公室去進行實驗，儘管存在著許多問題，機器統計的先進性還是受到人們的歡迎。

原始的製表機工作不太可靠，迫使霍列瑞斯繼續尋求改進。問題之一在於用“穿孔紙帶”輸入只能統計出總數，無法對個人數據進行分類和修改，也無法重新登記。

那一天，霍列瑞斯乘火車出差到美國西部辦事，仍在苦苦思考改進的辦法。他慢慢走向檢票口，從口袋裡掏出火車票，低頭一看，一道靈感突然閃現，他頓時愣在那裡。

檢票員不斷地催促：“先生，請您剪票！”

霍列瑞斯把車票遞上前，檢票員不耐煩地一把奪過去，只聽“卡嚓”一響，屬於他“個人”的這張車票，當即被“穿”了一個小孔。霍列瑞斯眼睛一亮，車也不上了，轉過身，居然朝車站大門口走去。

此時，他的腦子裡不斷有個聲音在說話：“一個人一張車票，車票就是每個人身份的個人記錄。”穿孔紙帶造成數據無法分類的困難就這樣迎刃而解，解決的辦法竟然如此簡單：“把連續的“穿孔紙帶”換成每人一張“穿孔卡片”，這是比林斯早就預言過的，我怎麼就把它給忘記了呢？”

由於改用“穿孔卡片”輸入數據，霍列瑞斯把他的製表機做了較大的改動。他用一種壓力裝置替代了牽引盤，數據卡片被夾在上下兩個壓力板中，下部壓力板靜止不動，上部壓力板則帶動卡片向前移動。更為巧妙的設計在於“自動統計”。改進的機器有若干只盛滿水銀的小杯，穿好孔的卡片必須經過水銀杯。卡片正上方有幾排精心調好的機針，連接在電路的一端，而那些水銀杯則連接於電路的另一端。當機針遇到某張卡片有孔的地方，便自動跌落下去與水銀接觸，把電流接通，啟動旁邊的計數裝置前進一個刻度。

統計分類問題解決之後，打孔的困難接踵而至。過去給穿孔紙帶打孔，他用的是一種小型手持式裝置，常常因用力過猛把紙帶打破；而改換較厚的卡片后，打孔卻變得非常費力。為了做試驗，霍列瑞斯幾乎每天都要不間斷地給許多卡片打孔。他的岳母回憶說：“霍列瑞斯先生星期五從巴爾的摩回來，看來疲憊不堪。他說每天都要處理1000張卡片，每張卡片至少要打一個孔。可憐的孩子只好親自動手做完這一切，手臂疼得都抬不起來……”不久之後，當霍列瑞斯再次回家，他告訴岳母，問題已經完全解決了，因為他改造了這種費力的打孔裝置，設計出一個被他稱為“縮放儀”的東西，即一種半自動打孔機，大大提高了工作效率。他還高興地講，因為有了新的打孔設備，他已經雇傭了一些女職員來從事過去繁重的體力勞動，平均每個人一天能輕鬆地處理700張卡片。以我們今天的眼光看，這些女職員可能就是世界上第一批“數據錄入員”。

霍列瑞斯的製表機現在已經可以經受實戰考驗了。1888年，這台機器被比林斯介紹給一家軍隊醫院，用於醫藥資料的統計，試驗獲得圓滿成功，還被送往巴黎國際博覽會展出。美國軍方對這種製表機大感興趣，向霍列瑞斯提供了資助，使他有了進一步改進機器的財力，滿懷信心迎接人口普查的挑戰。

1890年，第12次人口普查即將開始，人口調查局以向社會招標的方式，徵集計算設備和統計方案。前來應徵的共有三個人。霍列瑞斯的主要競爭對手是威廉姆·亨利和查爾斯·皮格金，其中，亨利還是人口調查局的頭頭。他倆提供的方案都是用有色卡片來記錄資料，以便於區分數據類型，但統計工作仍然靠手工完成。只有霍列瑞斯運來了一套前所未有的自動製表機。

招標需要經過嚴格的測試，以相同的數據完成統計任務，並根據時間快慢決定勝負。經過數天的緊張“比賽”，結果已見分曉：錄入數據的過程，亨利和皮格金分別用了144小時和100小時，霍列瑞斯的機器只用了72小時；數據統計的過程，亨利和皮格金分別耗費44小時和55小時，霍列瑞斯製表機再次奪冠，僅僅用了5小時28分鐘。製表機以無可置疑的優勢，讓霍列瑞斯贏得了這個合同。

第12次人口普查共設立了235個調查點，動用了超過5萬人來負責組織登記和填寫表哥。調查內容也比往年增添加了許多，包括性別、婚姻狀況、有無孩子等40個項目，數據總量比1870年的普查增加了6倍以上。從正式登記日起，霍列瑞斯機器的速度和可靠性一直令人感到驚訝。每一台製表機都連接著40台計數器，處理高峰期，一天能統計2000～3000個家庭數據，總共處理的人數達到600萬人。在霍列瑞斯製表機支持下，第12次人口普查的統計工作僅用了6個星期時間，其中一部分時間還被用來處理上次普查的遺留問題。這種製表機為人口調查局節省了約500萬美元費用，是霍列瑞斯本人估計的10倍。人口調查局在報告中寫道：“用這種機器，在不增加費用的前提下，過去許多無法編製的表格現在都有可能統計出來了。”

在人口調查局工作期間，發生了一件有趣的事情：霍列瑞斯愛上了一位名叫凱特·比林斯的漂亮姑娘。熱戀和求婚的過程，使他有機會接近凱特的父親——約翰·比林斯（J.Billings）博士，美國陸軍派往人口調查局主管衛生統計的軍醫。比林斯博士學識淵博，曾長期擔任美國軍醫署署長，主持制定了7種醫藥管理制度，親手創辦了世界上最大的醫藥文獻中心，擔任卡內基協會主席長達10年之久。儘管比林斯肩負重任，但他特別關心有才華的青年人，在與霍列瑞斯交往過程中，絲毫沒有“權威”派頭。

“權威”的鼓勵

在一次交談中，兩人不約而同地提到人口普查統計機械化的問題，也同時想到這種機器可以由傑卡德編織機改造而成。真可謂“英雄所見略同”，他們與巴貝奇的靈感同出一轍，都受到“穿孔紙帶”的啟示，只是霍列瑞斯和比林斯又向前邁進了一步，他們提出：紙帶上的這些“小孔”不僅能控制機器操作的步驟，而且能用來運算和儲存數據。德高望重的比林斯，後來謙虛地把全部榮譽歸功於青年人的創意，但霍列瑞斯堅持認為，比林斯在機器發明中發揮了最重要的作用：“他告訴我，機器完全可以承擔製表和其他統計工作。他的構想是某種分散式的機械，採用卡片來儲存個人資料，這種卡片可以用小刀刻出槽口，槽口就是傑卡德的‘小孔’……”

霍列瑞斯獲得了巨大的成功，也使他看到了一個有巨大前景的市場。1896年，他趁熱打鐵創辦了一家專業製表機公司，影響力甚至擴大到俄羅斯、加拿大和挪威等國。然而，統計學家畢竟缺乏經商才幹，他的公司不久便因資金周轉不靈陷入窘境，只好任別人收購。經過幾次改組，這家公司最終發展為著名的國際商用機器公司（IBM公司）。

雖然霍列瑞斯的發明並不是通用計算機，除了能統計數據製造表格外，製表機幾乎沒有別的什麼用途，然而，製表機的穿孔卡第一次把數據轉變成二進位信息。在早期計算機系統里，這種用穿孔卡片輸入數據的方法，一直沿用到20世紀70年代，數據處理也發展成為電腦的主要功能之一。

1923年，霍列瑞斯博士出版了關於計算機的著作，對計算機未來做出了許多正確的預見，為穿孔卡計算機的發展奠定了基礎。為此，他還獲得了西方好幾個國家的近50項專利，幾乎壟斷了這一領域的全部發明權，並使他躋身於“數據處理之父”的行列。