DOKUMA TEZGÂHLARINDAN ANA BİLGİSAYARLARA: DELİKLİ KARTLARIN 250 YILI

Teknolojinin ilginç özelliklerinden biri geçmişin geleceği belirlemesidir. Yeni teknolojiler seleflerinden tamamen farklı olmazlar, hatta genellikle onlarla büyük ölçüde benzeşirler. İşe yarayan alışılmış yöntemler azıcık biçim değiştirerek yeni sistemlere uyarlanır ve hayatlarına devam eder. Bu açıdan teknolojinin evrimi biyolojik evrime çok benzer.

Bilgisayar programlamada kullanılan delikli kartları bugün bilen pek kalmadı. Şimdi ellili yaşlarını süren kuşaktan birkaç kişi son zamanlarına yetişmiştir ancak. Küçük ve önemsiz bir aksam gibi görünebilirler, ama delikli kartların bilgisayarlardan çok önceye, günümüzden üç asır geriye dayanan heyecanlı bir hikayesi var.

1. Dokuma tezgâhları

Onsekizinci yüzyılın başında Fransız dokumacılarının derdi büyüktü. Hani Allah başka dert vermesin derler ya, öylesinden: Karmaşık desenli ipekli kumaş talebine bir türlü yetişemiyorlardı.

Dokuma tezgahları, çözgü adı verilen, tezgâh boyunca gerili ipliklerin bir kısmının yukarı çekilmesi, ve arada oluşan boşluktan atkı denen enine ipliklerin mekikle geçirilerek örülmesi prensibiyle çalışır. Kumaşta istenen desen kareli kâğıda işlenerek desen patronu hazırlanır, sonra desenin her atkı sırası için farklı bir çözgü demetini bir kordona iliştirip, hep birlikte yukarı çekmek gerekir.

Düz renkli veya basit desenli kumaşlar oluşturmak nispeten kolaydı. 18. yüzyıl tezgahlarında bu işi çocuklar üstleniyordu. El tezgahlarında desenli dokuma hem yorucu hem de sıkıcıydı. Uzun saatler boyunca durmadan çalışan çocukların eninde sonunda yorularak yanlış ipleri çekmesiyle desen sık sık bozuluyordu. Dokuma ustası hatayı görene kadar çok geç oluyor, kumaş işe yaramaz hale geliyor, emekler boşa gidiyordu.

1725’te, Lyon’lu tekstil işçisi Basile Bouchon bu hataları giderecek bir sistem geliştirdi. Bir org imalatçısının oğlu olan Bouchon otomatik orgların çıkıntılı, dönen silindirlerinden ilham aldı. Önce desen patronunu geniş bir kağıt şeride aktardı ve boyalı noktalarda delikler açtı. Hazırladığı dokuma tezgâhında çözgü ipliklerini yatay şişlerin bulunduğu bir mekanizmaya bağladı. Şişler kâğıttaki deliğe denk geldiklerinde delikten içeri giriyorlar ve çözgüler arasında mekiğin geçirileceği bir boşluk kalmasına sebep oluyorlardı.

Üç yıl sonra Bouchon’un asistanı Jean-Baptiste Falcon kâğıt şeridi, kenarlarından iplerle bağlanmış delikli kart zinciriyle değişirdi. Bu değişiklik sayesinde zincire yeni kart ekleyerek var olan deseni genişletmek mümkün olabiliyordu. Ayrıca, bir yer yırtıldığında bütün şeridi atmaya gerek kalmadan sadece yırtık yeri değiştirmek yeterliydi.

Bouchon ve Falcon’un icadı desenin yanlış dokunmasını önleyebildiği için çok önemliydi, ama tam otomatik değildi. Bir işçi kâğıdı yavaş yavaş içeri kaydırmakla görevlendiriliyordu. Daha hızlı üretim için otomatik bir sistem gerekliydi.

1741 yılında Jacques Vaucanson kral tarafından Fransız ipek üretimini teftiş etmekle ve İtalyanlara göre geri kalmış olan Fransız ipek sanayiini yeniden düzenlemekle görevlendirildi. Vaucanson, çok gerçekçi şekilde hareket eden insan ve hayvan otomatları inşa etmekle ün yapmış bir mucitti. Teftiş görevine atandığında 32 yaşındaydı ve bir mekanik dâhisi olarak biliniyordu.

Müfettişlik görevi sırasında tekstil sanayiinin eksiklerini ve ihtiyaçlarını öğrendi ve mekanik dehasını kullanarak yenilikler yaptı. 1745’de düz renkli kumaşlar için otomatik bir tezgâh üretti. 1748’de Bouchon ve Falcon tezgâhını geliştirerek, desenli kumaşları elle müdahale gerekmeden dokuyabilecek bir sistem yarattı.

Vaucanson’un makinesinde kumaşın deseni yine delikli bir kağıt ile belirleniyordu. Bu kağıt, üzeri düzenli açılmış deliklerle kaplı, dönen bir metal silindirin çevresine sarılıyordu. Kontrol çubuklarının silindirin içine girebildiği yerlerde çözgü iplikleri yukarı çekiliyordu. Vaucanson silindirin kenarına tek yönde ilerleyen bir dişli sistemi koymuştu. Böylelikle delikli kâğıdın elle itilmesi gerekmeden makine kumaşı otomatik olarak işliyordu. Ne yazık ki, zekice tasarlanmasına rağmen, silindirin çevre uzunluğunun kumaşın desenini sınırlaması Vaucanson’un tezgâhının yaygınlaşmasını engelledi.

Tasarıma son cilayı atmak başka bir Lyonlu tekstilciye, Joseph Marie Jacquard’a nasip oldu. Jacquard 1805’te Falcon’un delikli kart zinciri ile Vaucanson’un tek yönlü çark kullanan otomatik mekanizmasını birleştirdi. Kartların oluşturduğu şerit, bir silindir değil de bir dikdörtgen prizma tarafından itilerek mekanizmaya sokuluyordu. Uzun kart zinciri, istenen karmaşıklıkta desenlerin üretilmesine imkân sağlıyordu, ve ayrı bir işçiye ihtiyaç duymadan otomatik olarak çalışıyordu.

Türkçede “karmaşık desenli kumaş” anlamındaki “jakarlı” terimi Jacquard’ın adından gelir.

Jacquard tezgâhı Lyon dokumacılarına çağ atlattı, Jacquard’ı zengin etti ve tekstil sanayiine damgasını vurdu. Dokuma işçileri işsiz kalma korkusuyla yeni sisteme karşı çıksalar da, Jacquard tezgâhı hızlı ve hatasız çalışması sayesinde on yıl içinde bütün Fransa’ya yayıldı. Ondokuzuncu yüzyılın ortasında hem Fransa’da hem İngiltere’de standart teçhizat haline gelmişti.

Ancak, Lyon’lu mucitlerin dehası, tekstil sanayiinin çok ötesinde yankı bulacaktı.

2. Charles Babbage ve “Analitik Makine”

Charles Babbage (1791-1871) bugün 19. yüzyılın en parlak bilimcilerinden biri olarak kabul ediliyor, fakat yaşadığı dönemde dar bir çevre dışında tanınmıyordu, hatta ölümünden sonra uzun bir süre unutulmuş olarak kaldı. Babbage gerçek anlamda “çağının ötesinde” denebilecek bir insandı. “Otomatik hesaplama” fikrini ortaya attı, ömrünü bunu gerçekleştirmeye adadı, ama çağının imalat teknikleri, mühendisliği ve vizyonuna sıkışıp kaldığı için hayalleri gerçekleşemedi ve çalışmaları unutuldu.

Zengin bir aileden gelen Babbage Cambridge’de matematik okumuştu. Hareketli bir sosyal hayatı vardı, ama bilimsel ilgilerini de takip etmeyi ihmal etmiyordu. Birçok önemli başka şeyin yanı sıra, matematik tablolarına özel ilgisi vardı.

Matematik tabloları trigonometrik, logaritmik, ve diğer fonksiyonların değerlerinin listelendiği kitaplardı ve astronomi, mühendislik, denizcilik gibi amaçlarla yapılan karmaşık hesaplar için hayati önem taşıyorlardı. Ancak bu tablolar, elle hazırlandıkları için çok sayıda hata içeriyorlardı; çok kullanılan bir kitapta 1000’den fazla hata tespit edilmişti. Bu hataların her biri bir ölüm tuzağıydı, çünkü açık denizdeki bir gemide enlem-boylam hesabı yaparken hatalı bir sayı kullanmak rotanın kilometrelerce sapmasına ve mürettebatın ölümüne yol açabilirdi.

Bu hatalardan sıtkı sıyrılan Babbage, 1821’de astronom arkadaşı John Herschel’e “bu hesapların buharla yapılabilmesini isterdim” diye yakındı. Bu öylesine bir yakınma değil, ciddi bir tasarıydı. Babbage sonraki on yılını bu hayalini gerçekleştirecek bir makine yapmaya adadı.
Fonksiyon değerlerini farklar yöntemiyle hesapladığı için “Fark Makinesi” adını verdiği tasarımı başta heyecan uyandırdı, hatta İngiliz hükümetinden makineyi inşa etmek için ödenek bile aldı. Ancak Fark Makinesi asla çalışır hale getirilemedi. Makine o çağa göre çok karmaşıktı. Tahmin edilenden çok daha fazla masraflı olmuştu, ve on yıllık bir çalışmanın sonunda gösterilebilecek bir ürün çıkmamıştı. Hükümet para desteğini kesti. 1833’de Fark Makinesi projesi daha doğmadan öldü.

Her şeye rağmen Fark Makinesi tamamlanabilirdi, ama Babbage’ın yerinde duramayan, sürekli ileri gitmek isteyen zekâsı tasarıma yeni şeyler eklemeden duramıyordu. Fark Makinesi’nin özel amaçlı bir hesaplayıcı olduğunun farkındaydı. Çok daha genel amaçlı, her türlü formül için “programlanabilecek” bir makine yapabileceğini farketti. “Analitik Makine” adını verdiği yepyeni bir makine tasarladı, ancak bu makine de kâğıt üzerinde kaldı.

Babbage, Analitik Makine’yi iki bağımsız parça olarak tasarladı: Hesaplamaları yapan “değirmen” kısmı ve sayıları gösteren çark sütunlarından oluşan “depo” kısmı. Bu bağımsız parçalar bugünkü bilgisayarlarda “işlemci” ve “ana bellek” olarak mevcut. Babbage, 1940’larda deneme-yanılmalar sonucu tekrar icat edilen bilgisayar mimarisini, yüz sene önceden öngörüp kullanmıştı.

Tasarıma göre, Analitik Makine uygun talimatları arka arkaya gelen delikli kartlarla makineye aktarmakla “programlanacaktı” (o zaman bu terim yoktu elbette). Babbage döneminde Jacquard tezgâhı iyi biliniyordu, ve Babbage delikli kartların sadece dokumacılıkta değil, her türlü soyut enformasyonun aktarılmasında kullanılabileceğini idrak etmişti.

Yetenekli matematikçi Kontes Ada Lovelace da bu benzerlikten hareketle, Analitik Makine hakkında yazdığı el kitabında “Jacquard tezgâhının çiçekler ve yapraklar dokuması gibi, [Analitik Makine’nin] cebirsel desenler dokuduğunu” yazıyordu. Babbage hayallerinin gerçekleştiğini görmeden öldü, ismi de makineleri de uzun süre unutuldu. Ölümünden yıllar sonra tekrar keşfedilen Babbage’ın icatları bugün ondokuzuncu yüzyılın en büyük entelektüel başarıları arasında sayılıyor.

3. Hollerith’in tablolama makinesi

Babbage’in icadının unutuluşundan elli yıl sonra, Atlantik’in diğer kıyısında delikli kartları genel amaçlı bilgi işleme için kullanma fikri yeniden keşfedildi. Bu keşfin arkasındaki itici güç akademik hesaplamalar veya sanayi otomasyonu değil, hızla büyüyen bir ülkenin nüfus istatistiklerini çıkarma ihtiyacıydı.

Anayasa gereği ABD’de on yılda bir ülke çapında nüfus sayımı yapılıyordu. Ülkenin ilk yüz yılında nüfus, sayımların sonuçlarının kolayca derlenebileceği kadar düşüktü, ancak ondokuzuncu yüzyılın yarısından sonra işler zorlaşmaya başladı. Ülke genişledi, göçler sonucu nüfus hızla arttı, dahası her sayımda eskisine göre daha ayrıntılı bilgi toplanır oldu. Böylece nüfus sayımını değerlendirip istatistikler çıkarma işi gitgide daha uzun zaman almaya başladı. 1880 sayımının derlenmesi tam yedi yıl sürmüştü. Görünüşe göre 1890 sayımının derlenmesi bitmeden yeni sayım zamanı gelecekti.

1889’da sayımın derlenmesi işini hızlandıracak araçlar için bir ihale açıldı. Başvuran üç projeden ikisi, elle yapılan düzenlemelerin birazcık daha verimlileştirilmiş halleriydi. Üçüncüsü ise, 29 yaşındaki bir mühendis olan Hermann Hollerith’in tasarladığı, bireysel bilgilerin farklı noktalardaki deliklerle kodlandığı kartları yarı otomatik olarak işleyen bir makineydi. Üç proje, 10 491 kişilik bir mini sayımı derleyerek yarıştılar. Makinesinin olağanüstü işleme hızı sayesinde yarışmayı Hollerith kazandı.

Hermann Hollerith (1860-1929) New York’lu bir makine mühendisiydi. 19 yaşında Columbia üniversitesinden mezun olmasının ardından 1880 sayımındaki veri analizinde görev yapmıştı ve bu görevi ona sayımın inceliklerini ve derleme zorluklarını gözleme fırsatı vermişti. Sayımdaki görevinden sonra 1882’de MIT’de makine mühendisliği bölümünde okutman olarak, sonra da patent ofisinde patent inceleme memuru olarak çalıştı. 1884’de patent ofisinden istifa etti, bir mucit/girişimci olarak serbest çalışmaya başladı. Bu dönemde, sayımı kolaylaştıracak bir makine tasarlamakla uğraştı.

Hollerith’in nüfus sayımı dairesine sunduğu “tablolama makinesi”nin basit bir tasarımı vardı: Delikli kart cihaza yatırılır. Kartla aynı büyüklükte, ve deliklere rast gelecek şekilde ayarlanmış yaylı iğneler barındıran bir pres kartın üstüne indirilir. Kartın altında, delik olabilecek her yerin hizasında cıva dolu dikey tüpler vardır. Kartın delinmiş kısmına denk gelen iğneler cıvaya temas edince bir elektrik devresi kapanmış olur. Geçen akımla, cihazın üst kısmındaki kadranlardaki gösterge bir hane oynar.

Makine, sayım işinin çok verimli yapılabilmesine imkân verdi. Dakikada kırk karta varan hızlarda işlem yapılabiliyordu. Sadece altı haftada toplam nüfus sayıları ilan edilmişti. Ardından, anket formlarındaki bilgiler delikli kartlara aktarıldı ve ayrıntılı tablolama işlemleri başladı. Altmış üç milyona yakın sayıda kart farklı istatistikler için yedi sefer makinelerden geçirildi. 1890 sayımının bütün işlemleri iki yılda tamamlandı. İş önceki sayıma göre çok daha hızlı bitirilmekle kalmamış, eskisine göre çok daha ayrıntılı tablolar oluşturulabilmişti. Bu sonuç Hollerith için büyük bir teknolojik ve mali başarı anlamına geliyordu.

Hollerith’in delikli kart kullanma fikrini nereden edindiği net değil. Babbage’in tasarımını duymuş olması pek muhtemel değil, ama mühendislik eğitimi sırasında yüksek ihtimalle Jacquard tezgâhından haberdar olmuştur. Ayrıca, 1880’deki sayımda çalıştığı sırada tanıştığı başka bir mucit olan John Billings’in delikli kartlar ve mekanik işleme fikrini ortaya attığı biliniyor. Hollerith bir ifadesinde, tren biletlerinin yolcunun eşkalini (saç rengi, boyu, vs.) belirtecek şekilde farklı yerlerden delindiğini gözlediğini, delikli kart kullanma fikrini buradan aldığını söylüyor. Her halükarda, bu fikri uygulama aşamasına getirebilmek için Hollerith büyük çaba göstererek birçok teknik zorluğu aştı, ve bilgi işleme teknolojisinde önemli bir çığır açtı.

Hollerith, şirketini 1896’da Tabulating Machine Company (Tablolama Makinesi Şirketi) adıyla anonim şirkete dönüştürdü. 1900 sayımında da aynı makineler kullanıldı (o zamanlar sayımdan sorumlu kalıcı bir hükümet dairesi yoktu, her türlü cihaz geçici olarak kiralanıyordu). Aradaki dönemde Hollerith, tablolama makinelerini gitgide daha fazla otomatikleştirmiş, hızlandırmış ve kullanımını kolaylaştırmıştı. Özel sektöre yöneldi ve şirketini olağanüstü bir hızla büyüttü. 1911’e gelindiğinde yüzden fazla müşteriye hizmet veriyordu.

Zirveye çıktığı bu dönemde, mucit karakterli Hollerith şirketin gitgide karmaşıklaşan yönetimiyle uğraşmaktan bıktığını farketti. 51 yaşına gelmişti, sağlığı da çok iyi değildi. 1911’de şirketi devretti. Yeni yönetim altında şirket, ofis otomasyonu cihazları üreten başka iki şirket ile Computing-Tabulating-Recording Company adı altında birleştirildi.

Birleşmenin ardından şirket büyümeye devam etti, uluslararası bir şirket haline geldi ve ürünlerini çeşitlendirdi. 1924 yılında ismini International Business Machines (IBM) olarak değiştirdi.

4. IBM kartları ve elektronik bilgisayarlar

1930’lara gelindiğinde delikli kart desteleriyle bilgi işleyen makineler iş dünyasında iyice yaygınlaşmıştı. Öyle ki, 1929’da başlayan ve etkisi yıllarca süren iktisadi buhran bile delikli kart makineleri sanayiini yıkamamıştı. Önde gelen iki şirket olan IBM ve Remington Rand arasındaki rekabet sonucunda tablolama makineleri gitgide karmaşıklaştı, gelişti, hızlandı.

Farklı şirketler farklı biçimlerde delikli kartlar kullansa da, IBM’in 1928’de geliştirdiği 80 sütunlu kart en yaygın ve en uzun ömürlü form oldu. Neredeyse elli yıl boyunca kullanıldı ve bilgisayar çağının ilk döneminin ikonu haline geldi. 1960’lardaki bilgisayar terminallerinin ekranlarının 80 harf genişliğinde olması bu kartların mirasıdır. Kartların hassasiyetle ve çok sağlam olacak şekilde üretilmesi gerekiyordu. Diğer üreticiler IBM kartlarını yeterli derecede taklit edemedikleri için, sarf malzemesi olarak kart satışı IBM’in önemli gelir kaynaklarından biri oldu. 1930’larda IBM yılda üç milyar kart satıyor, gelirinin %10’unu ve kârının %30-40 kadarını bu satıştan elde ediyordu.

İkinci Dünya Savaşı’nın başlamasıyla ar-ge öncelikleri değişti, tablolama makinelerinin gelişimi durdu. Ama şirketler, özellikle IBM, yeni makineler üreterek talebe cevap vermeye devam ettiler. Bu makineler bir deste kartı alıp hepsine aynı işlemi uyguluyor, bütün kartları bir seferde işliyorlardı. Makineler belli bir amaca yönelik hazırlandıkları için genellikle kart destesini bir makineden diğerine elle taşımak gerekiyordu. Bu da hem zahmetli, hem de çalışmayı yavaşlatan bir işti. Dahası, büyük ölçekli şirketler o kadar çok işlem yapıyorlardı ki, depoları delikli kartlarla dolup taşmaya başlamıştı.

1951’de piyasaya çıkan ilk genel amaçlı, ticari, elektronik bilgisayar olan UNIVAC veri depolama için manyetik teypler kullanıyordu. Kullaıcılar açısından bu özellik UNIVAC’ın diğer devrimci niteliklerinden daha önemliydi, çünkü delikli kartlardan kurtulma imkânı sağlıyordu.

IBM elektronik bilgisayar işine girmekte tereddütlü davrandı. 1952 sonunda piyasaya sürdüğü IBM 701, birçok açıdan UNIVAC’dan geriydi, fakat IBM’in yerleşik müşteriler ve saldırgan bir pazarlamacı ordusu gibi avantajları vardı. “Devrim değil evrim” sloganıyla, varolan sistemlerle entegre edilebilecek modüler bilgisayarlar üretti. Varolan kartları okuyup işleyebilen arayüzler yarattı. 1957’de IBM bugünkü sabit disklerin atası olan manyetik diski icat etti, böylece manyetik teyplerden daha kullanışlı bir saklama ortamı yaratmış oldu.

Elektronik bilgisayarların yayılması yavaş oldu. İş dünyası kartlardan, ve kendini ispatlamış tablolama makinelerinden hemen vazgeçmedi. Bu makinelerin üretimi 1960’ların sonlarına kadar devam etti.

Delikli kartların hükmü bir süre daha devam etti. 1960’lar ve 1970’ler boyunca, büyük bilgisayarların kullanılışı belli bir kalıba oturmuştu: Kullanıcılar programlarını yazıyorlar ve kartlarda delikler açarak işletilmeye hazır hale getiriyorlardı. Programı içeren kart destesi operatöre veriliyor, operatör bu kartları bir “yorumlayıcı” kısımdan geçiriyordu. Program işletiliyor, çıktısı sürekli form kâğıdına basılmış olarak programcıya geri veriliyordu. Kullanıcıların bilgisayara doğrudan bağlanamadığı, disket gibi taşınabilir veri saklama araçlarının bulunmadığı bir dönemde mecburi olan bu çalışma usulü, 1970’lerde çok kullanıcılı işletim sistemlerinin ortaya çıkmasına kadar devam etti. Disketlerin, terminallerin ve kişisel bilgisayarların ortaya çıkmasıyla da delikli kartlar tarihe karıştı.

Kaynaklar:

Janet Delve, “Joseph Marie Jacquard: Inventor of the Jacquard Loom”, IEEE Annals of the History of Computing, Vol. 29, No. 4, October-December 2007.

Janet Delve, “Jacques Vaucanson: ‘Mechanic of Genius'”, IEEE Annals of the History of Computing, October-December 2007.

Lars Heide, “Shaping a Technology: American Punched Card Systems 1880-1914”, IEEE Annals of the History of Computing, Vol. 19, No.4, 1997.

Martin Campbell-Kelly, “Punched-Card Machinery”. “Computing Before Computers”, Ed. William Aspray, Iowa State University Press, 1990 içinde.

Paul E. Ceruzzi, “A History of Modern Computing”, 2. ed., MIT Press, 2003.

Jon Palfreman, Doron Swade, “The Dream Machine: Exploring the Computer Age”, BBC books, 1993.

Türkçe dokumacılık terimleri: http://www.tekstilmuhendisi.net/