Un poco de ciencia, por favor

Los orígenes del almacenamiento de la información (I): Las tarjetas perforadas

Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembros de la Real Sociedad Española de Física

Con este artículo, comienzo una nueva serie dedicada a repasar la historia de los medios de almacenamiento de la información, así como la actualidad de los mismos, que describiré en varios artículos e iré publicando durante todo este año, dedicados a la utilización del papel como soporte de información, a los medios de almacenamiento magnético, a los medios ópticos y a las memorias basadas en semiconductores. La serie es larga y se va a desglosar en una decena de artículos, empezando por este, que dedico al que apareció cronológicamente en primer lugar, las tarjetas perforadas.

Evolución temporal de los medios de almacenamiento de datos. Esta serie empieza en el siglo XVIII e iremos recorriendo todos y cada uno de los medios de la figura

En el universo digital, se estima que en la actualidad, hay más de ¡4 × 10²² bits (40 zettabits) de datos! Esto equivale a los datos almacenados en ¡un billón (10¹²) de Blu-rays! Cerca del 90% de esos datos se han generado en la última década; cada día se crean 3 × 10e15 bits (3 petabits) de nuevos datos y esa cantidad no deja de crecer un año tras otro, lo que implica que cada vez necesitamos de más dispositivos −con prestaciones siempre crecientes−, capaces de guardarlos.

A menudo damos por sentado que los dispositivos que almacenan esos datos siempre han estado ahí, ya que se han vuelto tan habituales, económicos y eficientes que parece que nos acompañan desde hace muchos años. Pero la realidad es que hemos recorrido un largo camino desde los primeros días de la informática. Veamos…


1. La prehistoria: el papel como medio de almacenamiento mediante tarjetas/cintas perforadas

Las denominadas tarjetas perforadas fueron el primer procedimiento para almacenar y ordenar datos en un lenguaje de máquina, que permitía el funcionamiento automatizado de ésta:

Aspecto característico de una tarjeta perforada. Cuando estaba en cuarto curso de carrera, a finales de la década de 1970, los ordenadores que empleábamos en la Facultad utilizaban este procedimiento para introducir las instrucciones de trabajo en los ordenadores de la época

Como se ve en la imagen anterior, una tarjeta perforada es un trozo de papel grueso que puede usarse para contener datos en formato digital, representados por la presencia o ausencia de agujeros en ciertas posiciones predefinidas. Esta forma de codificar información podía (y de hecho, todavía puede) usarse para el procesado de esos datos o bien para controlar directamente el funcionamiento de maquinaria automatizada. En sus orígenes, los agujeros perforados en esas tarjetas representaban una "secuencia de instrucciones" para mover ciertas máquinas, como fue el caso de telares utilizados por la industria textil y pianos, que fueron los primeros que utilizaron este procedimiento para lograr un funcionamiento automatizado. Los agujeros de las tarjetas servían como interruptores de encendido/apagado que, al actuar sobre agujas o teclas, respectivamente, permitían la confección/bordado de una prenda o la reproducción de una obra musical.

Este método se usó por primera vez en 1725 por Basile Bouchon, un trabajador del sector textil en Lyon, Francia. Bouchon desarrolló una idea consistente en utilizar largos rollos de papel perforado como medio de control para los telares de la empresa donde trabajaba; el papel perforado contenía de manera codificada los patrones de las prendas que confeccionaba de manera automática el telar. Tres años después, en 1728, uno de los ayudantes de Bouchon, de nombre Jean-Baptiste Falcon, mejoró la máquina, reemplazando el rollo de papel con un conjunto de tarjetas perforadas unidas entre sí en un bucle sin fin, tal y como se muestra en la parte derecha de la siguiente imagen, lo que permitía cambiar el "programa" de confección rápidamente. El sistema de Falcon era superior porque las tarjetas dañadas podían reemplazarse fácilmente, mientras que el sistema de Bouchon requería que se sustituyeran los rollos enteros si se había dañado alguno, aunque solo fuera mínimamente:

Izquierda: el telar controlado por un rollo de papel perforado ideado por Basil Bouchon; en la esquina inferior izquierda se aprecia el detalle del rollo de papel con las perforaciones. Derecha: evolución de la idea debida a Falcon; el rollo de papel se ha sustituido por tarjetas perforadas unidas unas a otras


1.1 La "Máquina Analítica" de Charles Babbage

El primer gran proyecto del matemático británico Charles Babbage (1791-1871), fue un "ordenador mecánico" llamado "Máquina Diferencial", una máquina pensada para hacer cálculos con tablas ordenadas de números. Babbage se dio cuenta de que, para que la máquina fuera útil, debía ser capaz de modificar su funcionamiento para adaptarse a otros cálculos diferentes a los originales. En otras palabras, la máquina debía ser "programable". En 1837, propuso la que denominó "Máquina Analítica", una calculadora primitiva con partes móviles, que utilizaba tarjetas perforadas para proporcionar las instrucciones de funcionamiento y para obtener las respuestas.

Babbage propuso esta idea mucho antes de conocerse la electrónica, por lo que la máquina era de naturaleza mecánica; trabajó durante años en su diseño. El modelo final necesitaba un motor de vapor para funcionar y tenía unas dimensiones verdaderamente monstruosas: unos diez metros de ancho por treinta de largo. Para su programación, Babbage había previsto dotarla con una unidad capaz de leer tarjetas perforadas, similar a las de los telares de Bouchon y Falcon, y con otra que se encargaría de leer los resultados de los cálculos efectuados. En teoría, la máquina podría almacenar en algo equivalente a su "memoria" cerca de 1000 números de 50 dígitos cada uno y sería capaz de realizar las operaciones aritméticas comunes. Finalmente, la máquina estaría dotada de una impresora y una campana, que anunciaba el momento en el que el artefacto había terminado su trabajo. En el siguiente vídeo se puede ver un recorrido detallado  por las ideas y planos que Babbage desarrolló para su máquina:

Dada la enorme complejidad del dispositivo, Babbage nunca pudo ver construido su genial invento. Aunque sus planos eran correctos, la escasa financiación que recibió, unido a los problemas derivados de los materiales a utilizar para fabricarla, así como la precisión mecánica con la que se debían construir la infinidad de engranajes y partes móviles del instrumento, impidieron su realización práctica. Un siglo y medio después de que fuese diseñada, el Museo de Ciencias de Londres utilizó los planos de Babbage para construir un modelo funcional de la misma, que posee más de 8000 piezas y pesa unas 2.5 toneladas:

Máquina Analítica de Babbage, tal y como se puede contemplar en la actualidad en el Museo de Ciencias de Londres


1.2 Herman Hollerith, el precursor de IBM

A fines del siglo XIX, Herman Hollerith (1860-1929), un ejemplo característico del hombre de negocios de EEUU, inventó un dispositivo electromecánico que utilizaba cintas perforadas como medio para almacenar grandes cantidades de datos, que posteriormente podrían ser leídos por una máquina. Por ejemplo, la presencia/ausencia de un agujero en una posición determinada de la tarjeta se podía usar para conocer el estado civil de una persona, de modo que la presencia del agujero podía indicar que se trataba de una persona casada, mientras que su ausencia designaba a una persona soltera. Hollerith determinó que los datos registrados como presencia/ausencia de agujeros en ciertas ubicaciones específicas en una tarjeta, organizados en filas y columnas, podrían ordenarse y/o contarse por medios electromecánicos con su máquina.

A partir de esta idea, desarrolló una tecnología de procesamiento de datos que se utilizó por primera vez para elaborar el censo en las elecciones de los EEUU de 1890. Sus máquinas de tabulación permitieron leer y almacenar datos en tarjetas perforadas y comenzaron a utilizarse para el procesamiento de datos por diversas empresas y organismos públicos:

Imagen del tabulador de tarjetas perforadas de Herman Hollerith. La máquina podía recopilar y contar datos con mayor rapidez y precisión de lo que permitían los procesos manuales utilizados hasta ese momento

Inicialmente, estas máquinas electromecánicas se limitaban a contar el número de agujeros que había en las tarjetas, que era la manera en la que se codificaban la información, pero en la década de 1920 perfeccionó su invención con unidades que podían llevar a cabo operaciones aritméticas básicas. Hollerith patentó su máquina de tabulación de tarjetas perforadas en 1889 (Patente US 395782A, con el sugestivo título: "Art of compiling statistics"), que marcó el comienzo de la era de los sistemas de procesado de datos; de hecho, su idea sería hegemónica en este campo durante buena parte del siglo XX. Hollerith fundó en 1896 la Tabulating Machine Company que en 1924 se convertiría en la actual IBM (International Business Machines Corporation).

Hacia 1950, las tarjetas perforadas se utilizaban de manera habitual en la industria y en las instituciones gubernamentales de numerosos países desarrollados. Aunque hoy en día este sistema está obsoleto, se siguieron utilizando regularmente hasta mediados de la década de 1980 y se siguen utilizando en la actualidad en países como EEUU para registrar y guardar los resultados de pruebas tipo test y los datos de las votaciones en procesos electorales, lo que ha dado lugar a diversas denuncias por irregularidades: fue muy sonado en su momento el hecho de que George W. Bush ganó las elecciones a Presidente de los EEUU a Al Gore en el año 2000 tras un proceso de recuento en el Estado de Florida, que estuvo lleno de dudas e irregularidades y en el que las tarjetas perforadas estuvieron presentes y en el centro de la polémica.

En el siguiente vídeo se muestra un excelente recorrido por la historia de este medio, con imágenes de la época:


2.
Epílogo: la llegada del almacenamiento con medios magnéticos

Simultáneamente al desarrollo de las tarjetas perforadas, aparecieron en la escena los procedimientos de almacenamiento magnético que han dominado el campo de la grabación de datos durante el siglo XX, con su mejora continua en la cantidad de información que pueden guardar. Y así, a partir de la década de 1960, los procedimientos magnéticos reemplazaron gradualmente a las tarjetas perforadas como el método principal para el almacenamiento de datos. Como veremos con detalle en el próximo artículo de esta serie, la cinta magnética fue patentada por primera vez en 1928, predecesora de las célebres "cassettes", de uso masivo en las décadas posteriores de 1970 y 1980. Hacia 1990, la combinación de ordenadores personales de precio asequible y almacenamiento en disco duro magnético, relegaron al cajón de la historia a las tarjetas perforadas.