Fast zwei Jahrhunderte lang verwandelten Lochkarten Befehle und Daten in physische Objekte, die Maschinen automatisch lesen konnten. Lange vor Magnetbändern, Festplatten und elektronischem Speicher steuerten gelochte Kartonstücke Webstühle, beschleunigten Volkszählungen und dienten später zur Programmierung früher Computer.
Ihre Geschichte verbindet wichtige Etappen der Informatik: den Jacquard-Webstuhl, die Maschinen von Charles Babbage, die Datenverarbeitung von Herman Hollerith und die Rechenzentren des 20. Jahrhunderts.
Die Lochkarte ist nicht der einzige Vorläufer des Computers. Sie verkörpert jedoch eine grundlegende Idee: Befehle und Daten lassen sich von der verarbeitenden Maschine trennen und maschinenlesbar darstellen.
Schon im 18. Jahrhundert versuchten Erfinder, komplexe Webmuster zu automatisieren. Basile Bouchon verwendete in den 1720er-Jahren perforiertes Papier, Jean-Baptiste Falcon entwickelte das Prinzip mit verbundenen Karten weiter. Anfang des 19. Jahrhunderts perfektionierte Joseph Marie Jacquard einen Webstuhl, dessen Muster durch Lochkarten gesteuert wurden.
Ein Loch oder dessen Fehlen bestimmte das Verhalten eines Teils des Mechanismus. Eine Kartenfolge konnte dadurch ein komplexes Muster beschreiben.
Der Jacquard-Webstuhl: ein Programm vor der Programmierung?
Jacquard-Karten werden manchmal als frühe „Programme“ bezeichnet. Die Analogie ist hilfreich, aber begrenzt. Die Karten steuerten eine Folge mechanischer Aktionen, und eine andere Kartenfolge änderte das Muster, ohne den Webstuhl umzubauen.
Diese Trennung zwischen Maschine und steuernden Anweisungen erinnert stark an Programmierung. Der Jacquard-Webstuhl war jedoch kein Universalcomputer, sondern eine spezialisierte Textilmaschine.
Charles Babbage übernimmt die Idee
Einige Jahrzehnte später entwickelte Charles Babbage Maschinen zur Automatisierung von Berechnungen. Seine Differenzmaschine sollte mathematische Tabellen mithilfe endlicher Differenzen erzeugen.
Danach entwarf er die wesentlich ambitioniertere Analytical Engine. Zu ihrer Steuerung plante Babbage Lochkarten, teilweise inspiriert vom Jacquard-Webstuhl. Verschiedene Kartentypen sollten Operationen und Daten darstellen.
Der konzeptionelle Schritt war entscheidend: Anweisungen mussten nicht dauerhaft in der Mechanik verkörpert sein, sondern konnten von außen zugeführt werden.
Ada Lovelace und die programmierbare Maschine
Ada Lovelace untersuchte Babbages Analytical Engine und erkannte die Tragweite der Trennung von Maschine und Anweisungen. In ihren 1843 veröffentlichten Notizen beschrieb sie unter anderem ein Verfahren zur Berechnung der Bernoulli-Zahlen.
Lochkarten hätten als physisches Medium für solche Befehle und Daten gedient. Damit beschrieb ein perforierter Datenträger nicht mehr nur ein Textilmuster, sondern konnte Teil eines Rechenprozesses werden. Mehr dazu bietet die Biografie von Ada Lovelace.
Bei einer Lochkarte können festgelegte Positionen gelocht oder ungelocht sein. Diese physischen Zustände kodieren Information.
Sie direkt mit 0 und 1 gleichzusetzen wäre zu einfach: Je nach System repräsentierten Positionen und Lochkombinationen Zahlen, Buchstaben oder Befehle. Das allgemeine Prinzip ähnelt dennoch digitaler Technik: Abstrakte Information wird durch unterscheidbare physische Zustände dargestellt.
Herman Hollerith und die US-Volkszählung
Ende des 19. Jahrhunderts wurde die Verarbeitung der US-Volkszählung durch das starke Bevölkerungswachstum immer aufwendiger. Der Ingenieur Herman Hollerith entwickelte ein elektromechanisches System, das Informationen auf Lochkarten erfasste und automatisch zählte.
Sein System kam bei der US-Volkszählung von 1890 zum Einsatz. Merkmale einer Person wurden durch Löcher an bestimmten Positionen dargestellt und anschließend maschinell ausgewertet. Lochkarten waren damit ein Werkzeug der automatisierten Datenverarbeitung geworden.
Von Hollerith zu IBM
Hollerith gründete die Tabulating Machine Company. 1911 fusionierte sie mit anderen Firmen zur Computing-Tabulating-Recording Company (CTR), die 1924 den Namen International Business Machines (IBM) annahm.
Lochkarten blieben über Jahrzehnte ein Kernbereich des Unternehmens. Schon vor der Verbreitung elektronischer Computer nutzten Verwaltungen und Unternehmen Kartenmaschinen zum Sortieren, Zählen und Verarbeiten großer Datenmengen.
Die IBM-Karte mit 80 Spalten
Ende der 1920er-Jahre entstand eines der bekanntesten Formate: die IBM-Lochkarte mit 80 Spalten. Sie maß ungefähr 18,7 × 8,3 Zentimeter. Je nach Kodierung konnte jede Spalte ein Zeichen repräsentieren.
Auch mit dem Aufkommen elektronischer Computer verschwanden Lochkarten nicht sofort. Programme konnten aus Dutzenden, Hunderten oder Tausenden Karten bestehen. Ihre physische Reihenfolge war wichtig – ein heruntergefallener, schlecht nummerierter Kartenstapel konnte erhebliche Arbeit verursachen.
Programmieren mit einem Kartenstapel
In vielen Rechenzentren der 1950er-, 1960er- und 1970er-Jahre saßen Benutzer nicht direkt am Computer. Programme wurden mit einer Kartenlocher-Maschine erfasst; häufig entsprach eine Quellcodezeile einer Karte.
Der Stapel wurde einem Operator oder Kartenleser übergeben. Das Ergebnis kam später, oft als Ausdruck. Dieses Verfahren heißt Stapelverarbeitung (Batch Processing). Ein Syntaxfehler konnte bedeuten, eine Karte zu korrigieren, den Stapel erneut einzureichen und auf den nächsten Lauf zu warten.
Programme und Daten auf demselben Medium
Lochkarten konnten Quellcode, Eingabedaten, Parameter, Systembefehle oder Verwaltungsdaten speichern. Derselbe physische Datenträger erhielt seine Bedeutung durch Kontext und Kodierung.
Das verweist auf ein zentrales Informatikprinzip: Maschinen verarbeiten Darstellungen von Daten. Die Bedeutung entsteht durch Konventionen und interpretierende Programme. Bei gespeicherten Programmen wird diese Abstraktion noch weitergeführt, wie der Artikel zur von-Neumann-Architektur zeigt.
Wie wurden Lochkarten gelesen?
Frühe Systeme erkannten Löcher mechanisch oder elektrisch. Stifte konnten durch Löcher Kontakt herstellen und damit eine Aktion auslösen. Spätere Leser verwendeten auch optische Verfahren.
Unabhängig von der Technik bestand die Aufgabe darin, das physische Lochmuster in Signale umzuwandeln, die eine Maschine interpretieren konnte. Die Karte war damit eine Schnittstelle zwischen physischem Objekt und automatischer Informationsverarbeitung.
Grenzen der Lochkarte
Lochkarten waren sperrig, speicherten wenig Information und mussten gelagert, transportiert und geschützt werden. Bei großen Programmen waren ganze Kartons erforderlich. Änderungen bedeuteten oft, einzelne Karten neu zu lochen oder auszutauschen.
Stapelverarbeitung verlangsamte zudem den Zyklus zwischen Schreiben, Ausführen und Korrigieren eines Programms. Magnetband, Festplatten, interaktive Terminals und elektronische Speicher machten Karten schrittweise weniger attraktiv.
Warum hielten sie sich so lange?
Lochkarten waren relativ einfach herzustellen, transportierbar, von robusten Maschinen lesbar und gut für mechanisches Sortieren geeignet. Vor allem existierte um sie herum eine riesige Infrastruktur aus Geräten, Software, Verfahren, geschultem Personal und Archiven.
Eine Technologie zu ersetzen bedeutet nicht nur, eine technisch bessere Lösung zu finden. Auch das gesamte Ökosystem muss wechseln. Deshalb blieben Lochkarten in manchen Bereichen bis in die 1970er-Jahre und darüber hinaus im Einsatz.
Von Lochkarten zum gespeicherten Programm
Babbages Karten und die Lochkarten früher elektronischer Computer lieferten Anweisungen auf einem externen Medium. Der nächste große Schritt bestand darin, Anweisungen direkt im Computerspeicher abzulegen.
In einer Speicherprogrammarchitektur können Programme neben Daten im Speicher liegen und leichter geladen, verändert, kopiert und verarbeitet werden. Lochkarten blieben dennoch lange als Eingabemedium nützlich und markieren so die Grenze zwischen physisch gehandhabten Befehlen und intern gespeicherter Software.
Eine direkte Verbindung zu modernen Dateien
Eine Lochkarte scheint weit von CSV-, JSON- oder Textdateien entfernt. Doch beide beruhen auf einer Darstellungskonvention, die einer Maschine das Interpretieren von Daten ermöglicht.
Ein Loch besitzt für sich keine Bedeutung. Erst ein Kodierungsschema legt fest, was seine Position bedeutet. Ebenso werden durch Kommas getrennte Zeichen erst durch vereinbarte Regeln zu CSV.
Das Medium hat sich verändert, die Kernfrage bleibt: Wie stellen wir Information so strukturiert dar, dass Maschinen sie automatisch verarbeiten können?
Das Erbe der Lochkarten
Lochkarten etablierten mehrere grundlegende Ideen: Anweisungen können von der Mechanik getrennt werden; Daten lassen sich maschinenlesbar kodieren; Verarbeitung kann vorbereiteten Befehlsfolgen folgen; große Informationsmengen können automatisch verarbeitet werden; und dasselbe Medium kann Programme, Befehle oder Daten enthalten.
Ihre Bedeutung liegt weniger in technischer Raffinesse als in der Idee, die sie verkörpern: Information kann auf einem Medium kodiert, automatisch gelesen und zur Steuerung einer Verarbeitung verwendet werden.
Häufig gestellte Fragen
Wer erfand die Lochkarte?
Es gab keinen einzelnen Erfinder der modernen Lochkarte. Basile Bouchon und Jean-Baptiste Falcon verwendeten im 18. Jahrhundert perforierte Medien zur Automatisierung des Webens; Joseph Marie Jacquard entwickelte und verbreitete das System später weiter.
War der Jacquard-Webstuhl ein Computer?
Nein. Er war eine spezialisierte Webmaschine. Seine Karten konnten jedoch durch andere Anweisungen das erzeugte Muster verändern und waren damit ein wichtiger Meilenstein der Automatisierung.
Verwendete Charles Babbage Lochkarten?
Er plante, seine Analytical Engine mit Lochkarten für Operationen und Daten zu steuern. Die vollständige Analytical Engine wurde zu seinen Lebzeiten nie gebaut.
Warum ist Herman Hollerith wichtig?
Hollerith entwickelte das Lochkarten-Datenverarbeitungssystem für die US-Volkszählung von 1890. Seine Firma gehörte außerdem zu den industriellen Vorläufern von IBM.
Wie viel konnte eine IBM-Lochkarte speichern?
Das bekannte IBM-Format hatte 80 Spalten und konnte je nach Kodierung und Verwendung typischerweise bis zu 80 Zeichen darstellen.
Wann verschwanden Lochkarten?
Ihre Nutzung ging mit Magnetbändern, Festplatten und interaktiven Terminals vor allem in den 1960er- und 1970er-Jahren zurück. In spezialisierten Systemen blieben sie länger erhalten.
