穿孔卡

公元1880年，美利堅合眾國舉行了一次全國性人口普查，為當時5000餘萬的美國人口登記造冊。當時美國經濟正處於迅速發展的階段，人口流動十分頻繁；再加上普查的項目繁多，統計手段落後，從當年元月開始的這次普查，花了7年半的時間才把數據處理完畢。也就是說，直到快進行第二次人口普查時，美國政府才能得知第一次人口普查期間全國人口的狀況。

人口普查需要大量處理的是數據，如年齡、性別等用調查表採集的項目，並且還要統計出每個社區有多少兒童和老人，有多少男性公民和女性公民等等。這些數據是否也可由機器自動進行統計？採礦工程師霍列瑞斯想到了紡織工程師傑卡德80年前發明的穿孔紙帶。

傑卡德提花機用穿孔紙帶上的小孔，主要用來控制提花操作的步驟，即編寫程序，霍列瑞斯則進一步設想要用它來儲存和統計數據，發明一種自動製表的機器。兩年後，霍列瑞斯博士離開了人口局，到專利事務所工作過一段時間，也曾任教於麻省理工學院，一邊工作，一邊致力於自動製表機的研製。

霍列瑞斯首先把穿孔紙帶改造成穿孔卡片，以適應人口數據採集的需要。由於每個人的調查數據有若干不同的項目，如性別、籍貫、年齡等等。霍列瑞斯把每個人所有的調查項目依次排列於一張卡片，然後根據調查結果在相應項目的位置上打孔。例如，穿孔卡片“性別”欄目下，有“男”和“女”兩個選項；“年齡”欄目下有從“0歲”到“70歲以上”等系列選項，如此等等。統計員可以根據每個調查對象的具體情況，分別在穿孔卡片各欄目相應位置打出小孔。每張卡片都代表著一位公民的個人檔案。

霍列瑞斯博士巧妙的設計在於自動統計。他在機器上安裝了一組盛滿水銀的小杯，穿好孔的卡片就放置在這些水銀杯上。卡片上方有幾排精心調好的探針，探針連接在電路的一端，水銀杯則連接於電路的另一端。與傑卡德提花機穿孔紙帶的原理類似：只要某根探針撞到卡片上有孔的位置，便會自動跌落下去，與水銀接觸接通電流，啟動計數裝置前進一個刻度。由此可見，霍列瑞斯穿孔卡表達的也是二進位信息：有孔處能接通電路計數，代表該調查項目為“有”（“1”），無孔處不能接通電路計數，表示該調查項目為“無”（“0”）。

直到1888年，霍列瑞斯博士才實際完成自動製表機設計並申報了專利。他發明的這種機電式計數裝置，比傳統純機械裝置更加靈敏，因而被1890年後歷次美國人口普查選用，獲得了巨大的成功。例如，1900年進行的人口普查全部採用霍列瑞斯製表機，平均每台機器可代替500人工作，全國的數據統計僅用了1年多時間。雖然霍列瑞斯發明的並不是通用計算機，除了能統計數據表格外，它幾乎沒有別的什麼用途，然而，製表機穿孔卡第一次把數據轉變成二進位信息。在以後的計算機系統里，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。

依託自己發明的製表機，霍列瑞斯博士創辦了一家專業製表機公司，但不久就因資金周轉不靈而陷入困境，被另一家CTR公司兼并。1924年，CTR公司更名為“國際商業機器公司”，英文縮寫“IBM”，專門生產打孔機、製表機一類產品。

傑卡德和霍列瑞斯分別用開創了程序設計和數據處理之先河。以歷史的目光審視他們的發明，正是這種程序設計和數據處理，構成了電腦“軟體”的雛形。