第一种人机交互：穿孔卡打孔机和读卡机

本文节选自《互联网趋势》第一章：人机交互的变革，如转载本文，请务必注明作者：骆磊

1801年，一位名叫 Joseph-Maire Jacuard 的工程师发明了一台能用穿孔卡片控制的自动织布机。这台织布机虽然不是计算机，但却具有现代的计算机的高级应用雏形：将程序编制到了穿孔卡上并实现自动控制，现代计算机也不过如此，现代的程控设备也是按照设置好的程序控制设备进行自动化作业

1822年， 英国人Charles Babbage (1792-1871)设计了一种差分机和分析机，其中设计的理论非常超前，类似于百年后的电子计算机，特别是利用穿孔卡片输入程序和数据的设计被后人所采用。

在打孔卡和读卡机作为人机交互的时代，计算机既没有显示器，也没有鼠标键盘和打印机，更没有今天广泛使用的硬盘、光驱、软盘和U盘。人们想要编程就必须用一种专用的打孔机在卡片上凿出一个个小孔，然后将这一大叠卡片一张一张地顺序插入卡片阅读机中，才能将程序全部输入到计算机中，运算结果也是通过纸带穿孔机的纸带输出。

不过早在电子计算机被发明之前，穿孔纸带就有了应用。美国画家莫尔斯在1835年，发明了第一台电报机。莫尔斯用电流的“通”、“断”和“长断”来代替了人类的文字进行传送，这就是鼎鼎大名的莫尔斯电码。

莫尔斯电码使用点（dot）和划（dash）两个基本符号来组成数字和符号，dot和dash就像是中文五笔字形输入法中的字根，数字或字符可以由1～5个这样的“字根”组合而成。划的持续时间会比点的持续时间长3倍，所以我们能够听到发报时所发出的长短不一的滴嗒声。就像我们在电影中看到的那样，最初的电报员都是利用一个可以控制电流闭合的设备发报。今天的电子计算机中的“0”和“1”的2进制运算方式也是用“通”和“断”表示。这也是为什么要说莫尔斯电码，发报机的“通”和“断”事实上就是今天电子计算机二进制的“0”和“1”的机器语言。而莫尔斯电码则类似数字模拟信号。

1857年，英国物理学家、发明家查尔斯·惠斯通爵士发明了用连续的穿孔纸带来记录莫尔斯电报码的方法。虽然莫尔斯电码的点和划是连续记录的，而查尔斯所发明的纸带将点和划分成两行，事先只需将电码录入到纸带上，在发报时点和划并行传送，就能将传送速度提高到原来的2倍。

由于穿孔纸带替代穿孔卡输入方式的应用使计算机的输入效率提高了很多倍。

这种穿孔纸带，直到我上小学的时候仍在油田的计算中心楼外捡到过。它是一种大概10厘米宽的纸带，被缠在一个黑色的塑料卷轴上，那时候我和同学们一直猜想是什么东西，因为和塑料胶卷的样子有些相似，黑白的两面，而且还缠在一个和胶卷一样的塑料卷轴上，只是宽点。于是大家都认为是废弃的胶卷，只是不明白为什么在他上面有这么多孔。后来一位见多识广的同学说，这是电脑上的，那些圆形规则的孔则代表不同的数字，于是我们集体嘲笑他，你见过电视里的电脑上什么时候有窟窿了，而且还是纸的?

那个时候小伙伴们的印象中，从电视上看到的电脑都是一个和家中电视机相似的东西，人坐在它前面操作一个键盘，然后东西都显示在电视机屏幕上，却从没见过这样带着窟窿的纸带。那时候小伙伴们对电脑的印象都来自于电视。

蓝色巨人IBM公司对现代电子计算机的发展贡献巨大，它不仅倡导和推广了PC这一概念，先后推出了IBM XT和IBM AT等标志性产品，还发明了软盘、硬盘等具有划时代意义的存储产品。不过，真正让IBM发展成为世界级跨国公司的产品既不是PC，也不是软盘和硬盘，而是穿孔卡片及自动制表机。

IBM的前身是计算制表记录公司，创始人统计学家赫尔曼·霍勒雷斯于1884年建造了世界上第一台机电式自动计算机，它实际上就是一台自动穿孔卡片制表机。1896年，霍列瑞斯创立了霍列瑞斯制表公司。1924年2月，计算制表公司更名为国际商用机器公司（International Business Machine Corporation，即IBM），公司的主要业务仍是自动制表机。

IBM销售的自动制表机的主要构件其实就是穿孔卡片，卡片阅读机将卡片上孔的分布情况由光电器件转换成电信号，然后再由计算装置对电信号进行处理。这种制表机定期地对卡片进行加减乘除，累计存档，印成报表，便可以实现管理自动化。

1933年，罗斯福就任美国总统，IBM当时的负责人老沃森作为美国商会会长积极支持罗斯福总统的新政，与他建立了良好的私人关系。此后，美国政府顺理成章的成为IBM的一个重要客户。

二战期间，IBM制表机为战争机器的高效运转立下了汗马功劳。美国军方的后勤系统和前线指挥系统大量使用制表机，士官的军晌、伤亡情况，轰炸机的命中率等等，都被制成图表。二战结束后，美国的政府部门、学校都利用穿孔卡片来记录雇员和学生的信息，企业也将穿孔卡片纳入到生产管理之中。就像今天的磁卡一样，穿孔卡片广泛地融入了人们的生活，上班要打卡，就医要打卡，就餐也是打卡。

不过IBM也不只为正义的一方提供技术支持，二战期间IBM不仅为盟军提供了技术支持，还为邪恶的轴心国提供了杀人机器。2001年，美国作家埃德温·布莱克(Edwin Black)出版了他的著作《IBM与大屠杀：德国纳粹与美国最强大公司之间的战略联盟》，布莱克在书中称，在第二次世界大战期间，德国纳粹政府曾利用IBM生产的“霍尔瑞斯打孔机”整理集中营囚犯的个人信息，从而加速了大屠杀的过程。此外，“霍尔瑞斯打孔机”还曾被纳粹政府用于收集犹太人和吉普赛人的户口普查资料。除600万名犹太人之外，德国纳粹政府还屠杀了近60万名吉普赛人。“吉卜赛国际认知与赔偿行动”组织则认为，被德国纳粹屠杀的吉普赛人多达150万人。

在穿孔卡片半个多世纪的生命周期内，它几乎是IBM公司的名片，不仅给IBM带来了滚滚财富，也使IBM的业务范围扩大到了全球。

二战后，IBM拨款50万美元，与哈佛大学的霍华德•艾肯博士合作，研制出了世界上第一台名为“马克1号”的自动顺序控制计算机，每秒钟可以进行3次计算。1946年，IBM又推出第一台电子计算器，这个大型计算器用卡片编制程序，计算速度比机械输卡的速度快9倍。1948年，IBM又推出一台部分电子部分电机的数字计算机，这台机器安装在IBM纽约总部，参观者可以直接看到它的实际操作表演。

1946年，第一台电子计算机ENIAC诞生时，由于当时键盘和打印机还没有诞生，数据输入和输出全部依靠卡片打孔机和读卡机，所以IBM的业务自然地进入了计算机领域，并凭借雄厚的经济实力和在“霍尔瑞斯打孔机”中积累的雄厚实力，很快确立了在电脑硬件领域中的霸主地位。

没有输入输出设备，也就是本文所说的人机交互设备，计算机根本无法发挥作用。在到处都是芯片控制识别的今天，这种打孔识别的方式仍然被广泛的使用。

前几天，清华大学的一位朋友请我在他们的学生食堂吃了一次饭，我惊异的发现清华大学的食堂在支付时仍在使用打孔识别的系统，要知道现在很多地方的支付系统都是在用带有芯片的磁卡实现交易支付。

这种打孔识别的系统不仅在清华大学有，一些酒店的门禁系统其实也在使用打孔的钥匙。在我去年前往香港出差的时候就发现中环的一家酒店仍在使用打孔的钥匙。开门的时候只要将卡插进把手的一个薄孔中，就能打开门了。当然酒店所有的房间也是通过中央电脑系统被控制，房客如果拖欠房费便会被无情的锁在门外。

尽管纸带打孔机和阅读器现在看起来似乎很落后，但千万不要轻视他的效率和对人类的巨大贡献。

二战期间的1944年2月，英国伦敦大学毕业生托马斯.弗劳尔斯（T.Flowers）工程师，制造了“巨人”计算机。他比美国的ENIAC还早2年。“巨人”用1500个电子管取代了继电器，阅读速度提高到每秒5000字符。

“巨人”和ENIAC都采用了打孔机的输入和输出方式。尽管如此，其工作效率仍然非常高。

盟军依靠“巨人”向英国和盟军指挥部发出了48000份“超级机密”电报，平均每小时破译的德国情报超过11份。由于“巨人”及时提供准确的情报，德军的“海狼行动”遭到惨败，600余舰被击沉。 不仅如此， “巨人”还在诺曼底登陆战役里发挥了巨大作用。《每日邮报》说，“巨人”为改变二战进程立下汗马功劳。如果没有它，二战至少还要再持续18个月，可能造成数十万人员损失。因此有人认为，正是“巨人”参战才改变了二战的整个进程。

但遗憾的是。由于丘吉尔大新英国先进的技术被泄露，于是二战后“巨人”被下令拆除。2007年11月15日，为了庆祝诺曼底登陆60周年，英国科学家将“巨人”成功复原，并用它和与使用笔记本电脑的密码破译小组之间举行了一场比赛，两组分别破译现存于德国帕德博恩一家博物馆的战时编码机编出的密电。

令人目瞪口呆的是，在“巨人”已经完成两项破译任务时，使用笔记本电脑的密码破译小组仍然一无所获。在场的专家们甚至因此断言，现代计算机赶上“巨人”的破译速度并非易事。当然巨人是专为破译密码而生，如果让它去和现代计算机比较其他的计算机任务，恐怕急的烧坏了晶体管，也无从下手。因为人机交互的方式本身就不可同日而语。

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