WATSON SCIENTIFIC COMPUTING LABORATORY: Centrum pro vědecký

Original article: http://www.columbia.edu/cu/computinghistory/krawitz/index.html

výzkum využívající počítací stroje

Slečna Eleanor Krawitz
vedoucí Tabulating
Watson Scientific Computing Laboratory

Columbia Engineering Quarterly, listopad 1949

D URINGv posledních letech bylo dosaženo velkého pokroku ve všech oblastech vědeckého výzkumu a hlavním faktorem tohoto pokroku bylo rozsáhlé používání automatických výpočetních metod a vybavení. Dnes jsou výpočty prováděny automaticky v laboratořích po celé zemi. Rozvoj těchto počítačových laboratoří je zvláště zajímavý pro studenty z Kolumbie, protože ty nejstarší byly založeny zde na univerzitě. Statistický úřad Columbia University Statistical Bureau byl založen na konci dvacátých let pro použití pedagogů a statistiků. Astronomický úřad, vytvořený v roce 1934, řízený Dr. WJ Eckertem a provozovaný společně Columbia University, American Astronomical Society a International Business Machines Corporation, fungovala jako nezisková organizace, kam si astronomové z celého světa mohli přijít nechat provést výpočty. V roce 1945 IBM vytvořilo Oddělení čisté vědy, jmenovalo Dr. Eckerta jeho ředitelem a založilo Watsonovu vědeckou výpočetní laboratoř na univerzitním kampusu.

Primárním účelem Watsonovy laboratoře je výzkum v různých odvětvích vědy, zejména v těch, které zahrnují aplikovanou matematiku a numerické výpočty. Služby laboratoře jsou zdarma nabízeny jakémukoli vědci nebo postgraduálnímu studentovi zabývajícímu se výzkumem, který významně přispívá k pokroku v oblasti vědy a který k dosažení tohoto cíle používá počítací stroje. Každý rok se udělují dvě stipendia Watson Laboratory v aplikované matematice studentům, jejichž studium nebo výzkum zahrnuje rozsáhlé výpočty. Zaměstnanci nabízejí kurzy výuky ve svém oboru pod záštitou různých kateder univerzity. Kurzy pro postgraduální studenty zahrnují obsluhu a používání strojů, a numerické metody; akademický kredit za předměty lze získat registrací na univerzitě běžným způsobem. Speciální kurzy obsluhy strojů jsou v pravidelných intervalech poskytovány profesionálům, hostujícím vědcům z celého světa a postgraduálním studentům, kteří pracují pro své doktorské tituly. Doplňkovou funkcí Watsonovy laboratoře je šíření technických informací týkajících se matematických strojových metod a matematických tabulek; k dispozici je obsáhlá knihovna pokrývající tato témata. Doplňkovou funkcí Watsonovy laboratoře je šíření technických informací týkajících se matematických strojových metod a matematických tabulek; k dispozici je obsáhlá knihovna pokrývající tato témata. Doplňkovou funkcí Watsonovy laboratoře je šíření technických informací týkajících se matematických strojových metod a matematických tabulek; k dispozici je obsáhlá knihovna pokrývající tato témata.

V laboratoři byl úspěšně dokončen výzkum v mnoha vědních oborech jak zaměstnanci, tak hostujícími vědci. Níže je uveden částečný seznam dokončených nebo probíhajících projektů:

• Astronomie: integrace oběžných drah planet a asteroidů,
• Geofyzika: sledování drah zvukových vln pod vodou pro různé hloubky a směry,
• Optika: výpočty ztělesňující metodu sledování paprsků,
• Chemie: výpočet kvantově mechanických rezonančních energií aromatických sloučenin,
• Inženýrství: sestavení tabulek Spring and Gear a výpočetní výpočty napětí spojené se zatížením zemětřesením,
• Ekonomie: odhady určitých koeficientů v rovnicích ekonomických modelů pomocí násobení matic a inverze,
• Fyzika: výpočty pravděpodobností přechodu vápníku,
• Krystalografie: hodnocení Fourierovy transformace pro strukturu inzulínu.

Laboratoř provozuje širokou škálu strojů digitálního i analogového typu; digitální stroj je ten, který v podstatě počítá, zatímco analogový stroj provádí fyzická měření. Tyto kalkulačky jsou navrženy tak, aby co nejúčelněji řešily problémy a porovnávaly různé způsoby řešení, aby určily ten nejúčinnější.

Většina strojů čte a zapisuje pomocí děrného štítku, který poskytuje prostředky pro automatickou manipulaci s daty. Karty tak mohou být zpracovány libovolnou řadou kalkulaček a provádět na nich libovolnou posloupnost operací. Primární výhodou techniky děrného štítku je to, že lze provádět velké množství podobných operací v množství. Po vyražení počátečních hodnot na karty je postup stroje automatický. Děrování může probíhat v kterémkoli z osmdesáti sloupců karty. Každý sloupec je rozdělen do dvanácti různých pozic, které představují celá čísla 0 až 9 a také dvě speciální pozice děrování označované jako X a Y. Děrování X se používá hlavně k označení speciální operace nebo záporného čísla. Písmena abecedy jsou zaznamenána dvěma razníky ve sloupci,

Obrázek 1. Tabulková karta zobrazující 12 pozic děrování a kombinace děrování pro označení písmen.

Princip čtení karty je u všech strojů stejný. Otvory jsou vyraženy do karet a čtou se pomocí elektrických kontaktů vytvořených skrz otvory. Karta, která funguje jako izolátor, prochází mezi drátěným kartáčem a mosazným válečkem (viz obr. 2).

Díra vyražená v kartě umožňuje štětci a válečku navázat kontakt, čímž se dokončí elektrický obvod; elektrický impuls je zpřístupněn na zásuvném ovládacím panelu a načasování impulsu je určeno polohou otvoru v kartě. Všechny funkce stroje se řídí směrem těchto impulsů na ovládacím panelu a díky flexibilitě tohoto panelu lze provádět velké množství operací. Velké procento problémů, se kterými se setkáváme při numerických výpočtech, lze efektivně řešit na standardních počítačích IBM. Prvním krokem v přístupu k těmto problémům je překlad původních dat do jazyka kalkulaček. Tedy zaznamenat ji formou děrování na standardní karty. Toto je funkce Key Punch. Požadovaná informace se přepíše na kartu stisknutím kláves na stroji v souladu s příslušným sloupcem. Tyto karty mohou být vloženy do Key Punch buď ručně, nebo automaticky. Jakmile je každý sloupec děrován, karta se automaticky posune k další děrovací pozici. Číselné razníky mají čtrnáct kláves; jeden pro každou z dvanácti pozic děrování, mezerník a klíč pro vysunutí karty. Abecední děrovačky mají navíc klávesnici psacího stroje, která automaticky děruje dva otvory na sloupec. Po zakódování pomocí Key Punch jsou karty připraveny k průchodu jakýmkoliv dalším strojem potřebným pro řešení problému. Jakmile je každý sloupec děrován, karta se automaticky posune k další děrovací pozici. Číselné razníky mají čtrnáct kláves; jeden pro každou z dvanácti pozic děrování, mezerník a klíč pro vysunutí karty. Abecední děrovačky mají navíc klávesnici psacího stroje, která automaticky děruje dva otvory na sloupec. Po zakódování pomocí Key Punch jsou karty připraveny k průchodu jakýmkoliv dalším strojem potřebným pro řešení problému. Jakmile je každý sloupec děrován, karta se automaticky posune k další děrovací pozici. Číselné razníky mají čtrnáct kláves; jeden pro každou z dvanácti pozic děrování, mezerník a klíč pro vysunutí karty. Abecední děrovačky mají navíc klávesnici psacího stroje, která automaticky děruje dva otvory na sloupec. Po zakódování pomocí Key Punch jsou karty připraveny k průchodu jakýmkoliv dalším strojem potřebným pro řešení problému.

Třídič se používá k uspořádání děrných štítků v libovolném číselném nebo abecedním pořadí v závislosti na informacích na nich. Karty, které se mají třídit, jsou přiváděny z násypky do jednoho kartáče, který přečte vybraný sloupec a roztřídí každou kartu do správné jedné ze třinácti dostupných kapes. Je zde kapsa pro každou z dvanácti děrovacích pozic a jedna pro prázdné sloupce. Postupným řazením jsou karty uspořádány v libovolném požadovaném pořadí. Automat, který pracuje rychlostí 450 karet za minutu, je vybaven počítadlem pro záznam počtu procházejících karet.

Abecední tlumočník je navržen tak, aby převedl číselné nebo abecední informace na kartě do tištěných čísel na jednom ze dvou řádků v horní části karty. Díky tomu je děrný štítek snadněji čitelný a může být použit jako kartotéka i ve strojích.

Účetní stroj je vysokorychlostní sčítací a tiskový stroj. Čte data z karty, sčítá je a odečítá do počítadel a tiskne na list papíru informace z karet nebo součty z počítadel. Stroj vypisuje abecední nebo číselné údaje rychlostí 80 karet za minutu nebo shromažďuje až osmdesát číslic v součtu při 150 kartách za minutu.

Reproducing Punch přepisuje všechna nebo libovolnou část dat vyražených na jedné sadě karet na jinou sadu nebo zkopíruje data z jedné hlavní karty na skupinu karet s podrobnostmi. Razník má porovnávací jednotku, která porovnává dva soubory dat a označuje případnou neshodu mezi nimi. Stroj může být upraven pro použití jako Souhrnný děrovač pro zaznamenávání částek na nové kartě, které byly nashromážděny v Účetním stroji.

Collator provádí některé funkce třídiče efektivněji. Zařadí dvě sady karet dohromady, vybere konkrétní karty v kterékoli ze čtyř výběrových kapes, porovná dvě sady karet podle kontrolního čísla a zkontroluje pořadí sady karet. Stroj je velmi flexibilní a umožňuje manipulaci s kartami podle komplikovaného vzoru zahrnujícího porovnávání dvou kontrolních čísel. Karty mohou procházet Collatorem rychlostí 240 až 480 za minutu.

Electronic Calculating Punch je vysokorychlostní stroj, který využívá elektronické obvody pro provádění všech základních operací. Sčítá, odečítá, násobí a rozděluje čísla, která jsou do něj uvedena na kartě, a razí odpovědi na stejnou nebo následující kartu. Tyto operace provádí opakovaně a v libovolném pořadí ve zlomku sekundy. Calculating Punch čte faktory vyražené na kartě a provádí sčítání, odčítání, násobení a dělení v libovolném požadovaném pořadí. Pro každý typ výpočtu mohou být vyraženy samostatné výsledky, nebo mohou být výsledky uloženy a použity jako faktor pro následující výpočty. Tento stroj vypočítal rozdíly osmého řádu jedenáctimístné funkce a mnoho komplikovaných rovnic zahrnujících velký počet operací.

Kromě výše popsaných standardních strojů existuje v laboratoři řada speciálně navržených kalkulátorů, které pracují pomocí reléových sítí a elektronických obvodů. Níže je uveden stručný popis těchto speciálních strojů.

Reléová kalkulačka provádí všechny základní aritmetické operace, včetně určování druhých odmocnin prostřednictvím komplikované přenosové sítě. Extrémní flexibilita této kalkulačky je dána její velkou vnitřní pamětí, její rychlostí při provádění výpočtů, její schopností současně číst čtyři karty a děrovat pátou a její kapacitou pro provoz v rámci rozsáhlého a rozmanitého programu. Stroj je vybaven snášecím obvodem pro usnadnění operací vyhledávání stolu. Na reléové kalkulačce bylo vyřešeno mnoho komplikovaných problémů, včetně násobení harmonických řad, násobení matic a diferenciálních rovnic šestého řádu.

Kartou ovládaná sekvenční kalkulačka se skládá z účetního stroje, který čte, sčítá, odečítá a ukládá data, souhrnného razníku, který razí konečné hodnoty, reléového boxu, který poskytuje flexibilitu řízení operací, a jednotky, která provádí násobení a dělení. Operace ostatních kalkulátorů se obvykle programují pomocí kabeláže na ovládacím panelu, přičemž tento stroj má v podstatě nastaven jeden základní ovládací panel a řídí se kódovanými razníky v kartě. Tato kalkulačka se ukázala jako obzvláště zběhlá ve výpočtech drah asteroidů.

Linear Equation Solver je elektrické zařízení pro řešení simultánních lineárních rovnic až do dvanáctého řádu včetně. Po nastavení koeficientů rovnic na číselnících, spínačích nebo děrných štítcích se různé proměnné upravují, dokud se nedosáhne řešení. Metoda řešení je taková, která poskytuje velmi rychlou konvergenci. Tento stroj sestrojil v laboratoři pan Robert M. Walker, člen našeho personálu, a profesor Francis J. Murray z katedry matematiky univerzity.

Kartou řízený měřicí a záznamový stroj je určen především pro měření astronomických fotografií, i když jej lze snadno použít na fotografie v jakémkoli oboru. Fotografická deska části oblohy, která obsahuje danou hvězdu, je vložena do stroje spolu s děrným štítkem s přibližnými souřadnicemi hvězdy. Stroj pak automaticky načte děrný štítek, z těchto přibližných souřadnic lokalizuje hvězdu na fotografické desce, přesně změří její polohu a toto měření zaznamená na kartu. Záznam děrného štítku je pak k dispozici pro matematické zpracování.

Od založení Astronomického úřadu v roce 1934 bylo v průmyslu a vládě založeno několik desítek dalších laboratoří na děrné štítky. Tyto laboratoře v provozu během válečných let hrály klíčovou roli v našem programu národní obrany. V této skupině byly Ballistic Research Laboratories v Aberdeen, Maryland a Dahlgren, Virginie. Ve stejné kategorii byla US Naval Observatory, která připravila astronomické tabulky pro použití v letecké a námořní navigaci, astronomii a zeměměřictví. V průmyslu převzaly počítačové laboratoře významnou roli v čistém i aplikovaném vědeckém výzkumu. Techniky děrného štítku byly využity například při řešení problémů týkajících se napěťové a deformační analýzy leteckých konstrukcí a vibrační analýzy velkých strojů.

Názorná ukázka aplikace zařízení děrných štítků v problémech průmyslu vzniká při navrhování a stavbě lodí, kde je nutné přesně specifikovat umístění velkého počtu bodů na hladině. Konstruktér toho může dosáhnout tak, že vezme v úvahu různé průřezy trupem a znázorní obrys každého z těchto průřezů polynomem, řekněme, pátého stupně (viz obr. 3).

Hodnoty konstant, a 0 , …, a 5 , v rovnici se budou lišit s každým odebraným řezem kvůli zakřivení povrchu v podélném směru. Pokud je tedy plavidlo rozděleno na 200 průřezů a pro každý průřez je nutné určit 100 bodů na každé straně trupu, musel by být polynom vyhodnocen 20 000krát. Použití zařízení s děrnými štítky při řešení tohoto problému převádí extrémně těžkopádnou práci do úlohy, kterou automaticky vypočítává stroj po dokončení původního plánování.

Slečna Eleanor Krawitzová, která má vyznamenání jako první ženská autorka, která přispěla do COLUMBIA ENGINEERING QUARTERLY, se může pochlubit mnoha dalšími pozoruhodnými úspěchy. V roce 1943 absolvovala Brooklynskou střední školu Samuela I. Tildena, kde byla členkou akademické čestné společnosti „Arista“. Na Brooklyn College byla pokladnicí Pi Mu Epsilon, čestné matematické společnosti, dokud v roce 1947 nezískala bakalářský titul z matematiky. Poté pracovala jako suplující učitelka na střední škole Midwood a na své Alma Mater, Tilden High, ale brzy ji nechala stranou. učitelka na střední škole, aby získala magisterský titul z matematiky na Kolumbii.

Dnes je slečna Krawitzová supervizorkou tabulek v IBM Thomas J. Watson Computing Laboratory na Kolumbijské univerzitě. Nejen, že vede hodiny astronomie na postgraduální škole o obsluze počítačů, ale zabývá se také nastavováním postupů pro výpočet úloh z fyziky, matematiky a astronomie.

Eleanor Krawitz Kolchin zemřela v pátek 25. ledna 2019 ve věku 92 let v Boca Raton na Floridě. Byla potěšena pozorností, které se jí dostalo v pozdním věku díky zveřejnění tohoto článku na internetu v roce 2003 a jeho překladu do tolika jazyků. Její poslední slova ke mně (v říjnu 2018) byla "Téměř všechno tady nefunguje. Oooooo".

Přispěl: Eleanor Krawitz Kolchin, listopad 2003.
Naskenováno a převedeno do HTML: So 22. listopadu 17:06:54 2003
Převedeno do HTML5: So 23. února 08:52:56 2019

Také od autora:

• Krawitz, Eleanor, "Matematické tabulky děrných štítků na standardním vybavení IBM", Proceedings, Industrial Computation Seminar , IBM, New York (září 1950), s. 52-56.
• Krawitz, Eleanor, "Matrix by Vector Multiplication na IBM Type 602-A Calculating Punch", sborník, seminář Industrial Computation Seminar , IBM, New York (září 1950), str. 66-70.
• Green, Louis C., Nancy E. Weber a Eleanor Krawitz, "Využití vypočítaných a pozorovaných energií při výpočtu sil oscilátorů a pravidla f - součtu" Astrophysical Journal , Vol.113 No.3 (květen 1951), str. 690-696.
• Green, Louis C., Marjorie M. Mulder, Paul C. Milner, Margaret N. Lewis, John W. Woll, Jr., Eleanor K. Kolchin a David Mace, „Analýza tříparametrové vlnové funkce Hylleraas pro He i Ground State z hlediska funkcí centrálních polních vln“, Physical Review 96, 319, 15. října 1954.
• Green, Louis C., Satoshi Matsushima, Cynthia Stephens, Eleanor K. Kolchin, Majorie M. Kohler, Yenking Wang, Barbara B. Baldwin a Robert J. Wisner, „Vliv na energii zvýšené flexibility v oddělitelném faktoru Hylleraas -Type Atomic Wave Functions from H− to O VII, Physical Review 112, 1187, 15 November 1958.
• Green, Louis C.; Matsushima, Satoshi; Kolchin, Eleanor K., "Tabulky funkcí vln kontinua pro vodík", Astrophysical Journal Supplement, sv. 3, listopad 1958, str. 459.
• Green, Louis C., Cynthia Stephens, Eleanor K. Kolchin a kol., "He I Ground-State Wave Function of the Form ψ=f(r1)f(r2)g(r12)", Journal of Chemical Physics 30 , 1061 (1959).
• Green, Louis C., Eleanor K. Kolchin, Norma C. Johnson, "Funkce vlny pro vzrušené stavy neutrálního helia", Physical Review 139(2A):363-378, červenec 1965.
• Green, Louis C., Eleanor K. Kolchin, "Povrchy o stejné hustotě v synchronně rotujících blízkých dvojhvězdách postavených na polytropickém modelu ν=3", Astrofyzika a vesmírná věda, vydání 2, duben 1973, str. 285-288.

Odkazy (aktualizováno 13. února 2023) :

• The Face Of A 'Computer' z roku 1946 , Huffington Post, rozhovor s Eleanor Kolchin od Bianca Bosker, 25. února 2013 [ text článku v místním archivu ].
• „ Interní oznámení, které umožnilo zaměstnankyním IBM vstoupit do manželství “, The Atlantic , 4. února 2013 [ text článku v místním archivu ].
• Association for Computing Machinery Committee on Women, 2014 National Center for Women and Information Technology Pioneer Award (Facebook, 21. května 2014, stejný obrázek jako výše s popiskem: „Eleanor Kolchin, příjemce NCWIT 2014 Pioneer Award. Byla to počítač! V 88, jediná osoba v místnosti (tuším), která skutečně programovala pomocí plugboardů.”)
• 2014 NCWIT Eleanor Kolchin Pioneer Award (video projevu Krawitze-Kolchina).
• Profil Eleanor Kolchin , NCWIT Boca West Special Interest Club (2014) [ místně archivovaný text článku ].