Průkopníci informačního věku (2.): Herman Hollerith

K slavným hrdinům počítačové prehistorie patří i americký vynálezce Herman Hollerith, tvůrce děrnoštítkových strojů pro zpracování a třídění údajů. Tento mladý inženýr jako první přišel s myšlenkou kódovat údaje všeho druhu do číselného tvaru a děrovat je do štítků.

Průkopníci informačního věku (2.): Herman Hollerith


Před pouhým čtvrt stoletím patřil děrný štítek k používaným vstupním paměťovým médiím číslicových počítačů. Byl vyroben z tenkého, ale tuhého kartonu a nesl informace, které byly vyjádřeny otvory v určité pozici. I když se princip děrného štítku využíval v tkalcovských stavech již na začátku 19. stole­tí, pro strojové zpracování dat jej objevil americký vynálezce Herman Hollerith. Jeho děrnoštítkové tabulátory, které se rozšířily v kancelářích velkých úřadů a firem, byly prvními stroji pro zpracování dat a předznamenaly nástup elektronických počítačů. Hollerithovy štítky, jak se těmto děrovaným kartičkám také říkalo, připravily cestu k vývoji prvních programovatelných strojů. Umožnily poprvé efektivně zpracovávat velké množství dat – využívaly se od konce 19. století při sčítání lidu, ale později i při výpočtech průběhu reakcí pří vývoji atomové bomby.

Mladý inženýr Herman Hollerith, jenž se zasloužil o jeden z nejpozoruhodnějších vynálezů konce 19. století, pocházel ze skromných poměrů a v dětství rozhodně neměl ustláno na růžích. Narodil se 29. února 1860 v Buffalu, ve státě New York. Jeho rodiče byli němečtí imigranti, kteří utekli „za velkou louži“ před revolučními nepokoji roku 1848. Hermanův otec, učitel klasických jazyků, tragicky zemřel, když chlapci bylo sedm let. Rodinu musela živit matka, která si v Buffalu založila domácí výrobnu klobouků. Mladý Herman vynikal ve škole ve všech předmětech kromě gramatiky. Životopisci uvádějí, že jednou dokonce vyskočil z okna, aby se vyhnul diktátu. Třída byla podle všeho v přízemí nebo prvním patře, neboť navzdory problémům s pravopisem získal stipendium na New York City College, kde jej zaujaly zvláště matematika a technické obory. Není divu, že si pak zvolil perspektivní studium hutnictví na newyorské Columbia School of Mines. Titul inženýra získal tento nadaný muž již v devatenácti letech.

Díky skvělému doporučení, jež obdržel od svého profesora matematiky, nastoupil v roce 1880 jako statistik do amerického Úřadu pro sčítání lidu (U. S. Census Bureau), kde brzy dostal příležitost prokázat svoje tvůrčí schopnosti. Úřad se totiž potýkal s nemalými problémy se zpracováním dat. Spojené státy se v té době, kdy se již plně vzpamatovaly z občanské války, stávaly přední světovou industriální zemí; obrovská země svobody lákala rok co rok desítky tisíc přistěhovalců, díky nimiž se zrodilo různorodé, multirasové společenství, které, jak napsal britský historik Paul Johnson, bylo „nesmírně materialistické, zároveň však i neskonale idealistické, milující novinky a deroucí se vpřed, společenství chamtivé, neodbytné, hlučné, zvídavé a posedlé touhou jednat správně, konat dobro, zbohatnout a učinit všechny lidi šťastnými“. Aby bylo možné demokraticky spravovat tuto rozlehlou zemi nekonečných možností, bylo nutno věnovat značnou pozornost statistickým údajům.

Při nárůstu populace však bylo problémem i pouhé sčítání lidu. Neboť zatímco data z historicky prvního sčítání lidu v roce 1790 zpracoval úřad za sedm měsíců, vyhodnocení výsledů sčítání v roce 1860, kdy už měly Spojené státy desetkrát tolik obyvatel, trvalo plných sedm let! Časově nejnáročnější přitom nebyl sběr dat ani jejich analýza, nýbrž uspořádávání dat z dotazníků do sběrných listů. (Tyto statistiky měly přitom zásadní význam i pro rozložení politických sil po volbách. Neboť podle počtu obyvatel toho kterého státu USA se určoval i počet křesel ve Sněmovně reprezentantů.)

V roce, kdy Herman Hollerith do úřadu nastoupil, se veškerá data přepisovala a zpracovávala ručně, což byla úmorná, takřka nekonečná práce, zvláště vezmou-li se v úvahu zvýšené nároky na přesnost a kvalitu statistik. Vedoucí pracovníci úřadu si byli vědomi toho, že tento stav je neudržitelný, a rozhodli se vypsat výběrové řízení na řešení nového sčítání lidu, které, jak určovala Ústava Spojených států, mělo být v roce 1890.

 

Od žakárového stroje k tabulátoru

Stejně jako řada matematiků před ním se Herman Hollerith zabýval úvahami, zda by se nemohl při třídění dat využít stroj. Na rozdíl od většiny zaměstnanců úřadu si byl také vědom toho, že informace lze jednoduše převést na číselný kód a ten pak zaznamenat tak, aby bylo možné rychle vyhledat požadovaná data. To vše bylo samozřejmě prosté. Ale otázkou bylo, jakou technologii k takovému třídění využít. A zda by to vůbec při tak obrovském množství dat bylo uskutečnitelné.

Hollerith se těmito myšlenkami zabýval po celé dva roky, kdy pracoval v Úřadu pro sčítání lidu. Když v roce 1882 úřad opustil a začal přednášet na Massachusettském technologickém institutu (MIT), v úvahách, jak sestrojit zařízení schopné pracovat s číselnými kódy, nadále pokračoval. Ale je vůbec možné, aby dokázal stroj rozeznávat jednotlivá čísla? Aby je uměl sčítat a aby podle nich dokázal třídit?

K prvnímu zárodku možného řešení došlo při jedné z jeho četných cest vlakem. Věc, která Hollerithovi otevřela oči, byla všedně banální. Povšiml si, jak průvodčí na jízdence procvakává kleštičkami číslo, jež odpovídá aktuálnímu dni v týdnu. Krátce nato jej John Shaw Billings, otec jeho přítelkyně, informoval o tkalcovském stavu, který dokázal bezchybně utkat i nejsložitější vzory. Jednalo se o tzv. „žakárový stroj“ využívající řídicího mechanizmu, který se skládal z listu papíru, do něhož byl vytlačen děrovaný vzor. Přitlačením háčku z pružinového drátu na papír prošel háček skrz dírku a nadzvedl požadované vlákno, čímž došlo k automatizaci procesu tkaní i těch nejsložitějších vzorů. (Není bez zajímavosti, že tento princip uplatňovaný v textilním průmyslu od začátku 19. století zaujal i britského matematika Charlese Babbagea, jehož výpočetní stroje poháněné párou ovšem zůstaly pouhými prototypy.)

Hollerith tento postup využil ke konstrukci prvního tabulátoru. Cílem bylo sestrojit funkční zařízení, které by uspělo při konkurzu vyhlášeném úřadem, tedy takové, které by dokázalo pracovat i s velkými objemy dat. Prvním krokem bylo navržení papírových štítků o velikosti dolarové bankovky, neboť stroje na třídění bankovek již existovaly. Samotný systém byl založen na tomto principu: každý údaj sledovaný při statistikách (příkladem je věk, pohlaví či počet dětí při sčítání lidu) je vyjádřen číselným kódem, který se zaznamenává do štítku pomocí děrovačky. Tato děrovačka byla součástí tabulátoru a vypadala trochu jako psací stroj; s její pomocí mohl písař či písařka snadno procvaknout otvory do štítků s předtištěnými řadami a sloupci čísel. Tyto otvory nesoucí příslušnou informaci posléze umožňovaly rychlou práci s daty, kterou obstarávala třídička štítků. Jestliže například bylo třeba vyhledat ženaté muže narozené v příslušném roce, kteří mají dvě děti, zařízení pomocí změn elektromagnetického pole skrze příslušné otvory na děrovaných štítcích vytřídilo odpovídající karty. Roztříděné štítky bylo pomocí téhož principu možné třídit podle dalších hledisek či rychle sčítat.

 

Hollerithova firma

Když Herman Hollerith předvedl svůj tabulátor některým kolegům z MIT, získal si u nich rázem obdiv. Ale to přirozeně nestačilo. Aby se seznámil s tím, jak při vynálezu dále správně postupovat, nechal se zaměstnat na patentovém úřadě (U. S. Patent Office). Poznatky, které zde získal, mu umožnily nechat si tabulátor patentovat. (Do konce života získal celkem 30 patentů.) A nejen to. Příslušné kontakty, které získal již na statistickém úřadě, mu umožnily testovat zařízení při statistikách úmrtnosti v Baltimore, New Yorku a New Jersey.

Že v konkurzu vyhlášeném statistickým úřadem uspěl, není třeba zdůrazňovat. U. S. Census si objednal první řadu jeho tabulátorů pro celonárodní sčítání lidu v roce 1890. Výsledek nenechal nikoho na pochybách. Díky využití Hollerithových srojů pracoval úřad desetkrát rychleji, než tomu bylo v roce 1880. Automatizace přepisu dat a jejich vyhodnocení zkrátila dobu (plánovanou původně na roky) na pouhé tři měsíce a vedla k úsporám pěti milionů dolarů z veřejného rozpočtu.

Princip vynálezu popsal Hollerith v práci Elektrický tabulační systém (The Electric Tabulating System), za níž v roce prvního sčítání lidu, kdy byly využity jeho tabulátory, obdržel na Columbijské univerzitě v New Yorku doktorát. Nadto za svůj tabulátor obdržel Zlatou medaili na Světové výstavě.

Zpráva o tom, jak Hollerithovy tabulátory senzačně urychlily americké sčítání lidu, oběhla záhy svět. Zájem o tyto stroje začaly postupně projevovat jak vládní úřady z jiných zemí, tak i komerční společnosti a banky. Aby mohl Hollerith jejich poptávku uspokojit, založil v roce 1896 vlastní firmu, kterou nazval Tabulating Machine Company. Tato společnost dodávala děrnoštítkové tabulátory do celého světa (jedna z velkých dodávek například směřovala do Ruska, když se tato rozlehlá země chystala na historicky první sčítání lidu).

 

Cesta k IBM

Herman Hollerith svůj vynález neustále vylepšoval. Pro sčítání lidu v roce 1900 představil tabulátor, který se vyznačoval jednak vyšší rychlostí, jednak automatizací některých operací, jež se dosud prováděly ručně. Jednalo se o mechanizmus na vkládání štítků. Vylepšené tabulátory se hodily nejen pro tvorbu statistik, ale i pro záznamy či vedení účetnictví. V tomto období, na přelomu 19. a 20. století, úspěch jeho společnosti neustále vzrůstal.

Představitelé U. S. Census Bureau ovšem nebyli spokojeni se vzrůstajícími náklady, které si vyžádal nákup vylepšených Hollerithových strojů. Z tohoto důvodu vedení úřadu pověřilo Jamese Powerse, jednoho z technických zaměstnanců Census Bureau a bývalého Hollerithova spolupracovníka, aby sestrojil obdobný systém na třídění dat. Podmínkou byla dostatečná odlišnost od Hollerithových tabulátorů, aby nedošlo k patentovým sporům. Powers sice využil principu založeného na děrných štítcích, ale technologii třídění dat se mu podařilo značně vylepšit. Za prvé měly jeho štítky více sloupců, takže umožňovaly pracovat s více daty. Za druhé v tabulátoru použil k porovnání a analýze štítků kovový štětec – ten byl dostatečně citlivý na změny elektrického proudu, k nimž docházelo při průchodu proděravělého štítku mezi štětcem a zdrojem elektrického proudu za štítkem. Díky vylepšené technologii uměly tyto přístroje pracovat s vyšší kapacitou dat a byly výrazně rychlejší (dokázaly za hodinu setřídit 15 tisíc děrných štítků). Powers získal několik patentů na vylepšení děrnoštítkového stroje, a protože Úřadu pro sčítání lidu nabídl nejen lepší technologii, ale i kvalitnější servis, dal úřad přednost jemu a pro sčítání lidu v roce 1910 využil jeho dokonalejších strojů.

To byla pro Holleritha velká porážka. Skutečnost, že přišel o významnou a prestižní zakázku, nakonec přispěla k rozhodnutí, že ukončí tuto činnost. Ačkoli se mu obchod s děrnoštítkovými stroji do té doby dařil, podnikání jej neuspokojovalo. Nic naplat, byl spíše vynálezcem než byznysmenem. A protože si této skutečnosti byl vědom, rozhodl se v roce 1911, že Tabulating Machine Company prodá. Nový vlastník ještě téhož roku spojil Hollerithův podnik se dvěma firmami obdobného zaměření, čímž vznikl koncern Computing-Tabulating-Recording Company (CTR). Tato společnost, zaměstnávající 1 300 stálých pracovníků, měla sice zpočátku určité problémy, ale poté, co se v roce 1914 do jejího vedení dostal schopný manažer Thomas J. Watson Sr., nabrala dech a začal její vzestup. V roce 1924 byla přejmenována na International Business Machines (IBM).

Herman Hollerith, ověnčený za vynález děrnoštítkového tabulátoru mezinárodními cenami, působil nadále v oboru jako konzultant. Zisky z prodeje Tabulating Machine Company a akcií mu zajistily značné bohatství; nechal si v rodném Buffalu postavit honosný dům a koupil si farmu. Ačkoli byl svědkem razantního nástupu IBM, dalšího zásadního přelomu v oboru se již nedočkal. Zemřel na srdeční infarkt v roce 1929. Přesně o deset let později začal americký fyzik Howard Aiken v IBM s využitím Hollerithova děrnoštítkového tabulátoru práci na konstrukci svého elektromagnetického počítače (Automatic Sequence Controlled Calculator, ASCC), označovaného též jako Harvard Mark I., ale to už je jiný příběh.

 

Vývojové modely Hollerithova tabulátoru:

  • 1890 Hollerith Census Tabulator (dřevěná konstrukce, ruční vkládání štítků, omezené funkce: pouze sčítání)
  • 1896 Hollerith Integrating Tabulator (ruční vkládání štítků, možnost sčítání a třídění podle několika proměnných)
  • 1900 Hollerith Automatic Feed Tabulator (první model s automatickým vkládáním štítků, využíval se v USA při sčítání lidu v roce 1900)
  • 1906 Hollerith Type I Tabulator (označován též jako Type 090; kovová konstrukce, automatické vkládání, vyšší rychlost operací)
  • 1921 Hollerith Type III Tabulator (Type 091 byl první model umožňující tisk výsledků)
  • 1924 Hollerith Type 3-S Tabulator (první model umožňující i jinou početní operaci: odečítání)
  • 1928 Hollerith Type IV Tabulator (Type 301, první model pracující se štítky s 80 sloupci) 1931 Columbia Difference Tabulator
  • 1933 IBM Type 285 Tabulator
  • 1933 IBM 401 Tabulator
  • 1934 IBM 405 Accounting Machine
  • 1948 IBM 402 Accounting Machine
  • 1949 IBM 407 Accounting Machine




Komentáře