THE WATSON SCIENTIFIC COMPUTING LABORATORY:

Център за научни изследвания с помощта на изчислителни машини

Г-жа Елинор Кравиц
Табулиращ Супервайзор
Научна и Компютърна Лаборатория Уотсън

Четвърто Тримесечие, Ноември 1949

ПРЕЗ последните няколко години бе направен сериозен пробив при научните изследвания и беше увеличено използването на компютърни методи и оборудване. Днес всички изчисления се правят автоматично в лаборатории в цялата страна. Развитието на подобен тип лаборатории представлява сериозен интерес за студенти, тъй като първите такива лаборатории бях тук в университета. Бюрото за статистически изследвания бе създадено през 20-те години, за да бъде използвано от статистите. Астрономическото бюро, създадено през 1934 и водено от д-р В. Дж. Екерт, съвместно управлявано то Колумбийския Университет, Американското Астрономическо Общество, работеше като организация с неправителствена цел, където астрономи от цял могат да дойдат и да изчислят своите калкулации. През 1945 IBM създаде Департамент за Чиста Наука и назначи д-р Екерт за негов директор и основа Научна и Компютърна Лаборатория Уотсън в университетския кампус.

Главната цел на лабораторията е да провежда изследвания в различни сфери на науката, особено в тези, където са нужни математически изчисления. Всеки учен, както и всеки студент, който прави принос в научните изследвания с помощта на изчислителни машини,  може да се възползва от услугите на лабораторията. Всяка година се присъждат две стипендии по приложна математика, които се дават на студенти, чиито изследвания включват мащабни изчисления. Членовете на този екип предлагат обучителни курсове в областта на изследвания, към която има интерес от другите департаменти в университета. Курсовете за завършилите студенти включва различни операции и ползи от работата на машините и числените методи. Ако се регистрирате, ще получите достъп до различните курсове, предлагани в университета. Специални класове за управление на машини се провеждат през определено врем. Те са насочени към професионалисти в тази област, гостуващи учени от целия свят и завършили студенти, които работят по своите докторати. Допълнителна функция на Лабораторията Уотсън е разпространението на техническа информация относно математическите машинни методи и математическите таблици – на разположение е доста богата библиотека на тази тема. В лабораторията се провеждат успешни изследванията в различни области на науката. По-долу може да видите всички приключили проекти или такива, по които още се работи.

  • Астрономия: интеграция на орбити на планети и астероиди;
  • Геофизика: проследяване на звуковите вълни на различни дълбочини
  • Оптика: изчисления, съдържащи метода на проследяване на лъчите;
  • Химия: изчисляване на квантово-механични резонансни енергии на ароматни съединения;
  • Инженерни науки: изграждане на Пружинни и Зъбни таблици и изчисления, свързани с натоварванията при земетресения;
  • Икономика: оценки на някои коефициенти в уравненията на икономическите модели;
  • Физика: изчисления за различни вероятности;
  • Кристалография: оценка на Фурие Трансформацията за структурата на инсулина.

В лабораторията има голямо разнообразие както на аналогови, така и на цифрови машини. Изчисленията се правят основно от цифровите машини, докато а помощта на аналоговите се извършват физическите измервания. Тези калкулатори са направени, за да решават проблеми по най-добрия начин, сравнявайки различни решения и избирайки най-доброто от тях.

Повечето от машините използват перфорирани карти, за да четата и пишат информация и автоматично да анализират тази информация. Такива карти могат да бъдат обработени от различни видове калкулатори и по много различни начини. Едно от основните предимства на тази карти е възможността да бъде обработвано голямо количество информация по едно и също време. След като първоначалната перфорация на данните по картата е направена, следващите машинни процедури са автоматични. Може да бъде перфорирана всяка една от осемте колони на картата. Всяка колона е разделена на 12 позиции – те определят числата от 0 до 9, както и две специални позиции, които дефинират Х и У. Перфорирането на Х се използва обикновено при някоя специална информация или при отрицателни числа. Буквите от азбуката се записват с две перфорации в една колона – посредством комбинации с  Х, У и 0.  (виж фиг. 1).

Фигура 1. Карта, на която са показана 12те перфориран позиции и комбинацията то позиции, които дефинират буквите.

При всички машини принципа за четене на такива карти е един и същ. Картите се перфорират и биват четени посредством електрически контакт, който се осъществява на мястото на перфорацията. Картата действа като изолатор на напрежението, които премива през телена намотка и месингов валяк. (виж фиг. 2)

Ако на картата има дупка, тя позволява четките и валяка да са в контакт, което затваря електрическата верига, създава се електрически импулс и неговото време се определя от позицията на дупките върху картата. Всички действия на машината се определят от посоката на импулсите на контролния панел. Като резултат от голямата гъвкавост на този панел, могат да бъдат направени голямо количество операции. Голям процент от проблемите, възникнали при численото изчисление, могат да се обработват ефективно на стандартните машини на IBM. Първата стъпка е да се установи съответния проблем и данните да се преведат на езика на калкулиращите машини. Това е основната функция на клавишния перфоратор. Желаната информация се записва върху картата чрез натискане на клавишите на машината в съответствие с нужната колона. Тези карти могат да бъдат подавани към перфоратора както ръчно, така и автоматично.

Когато се направи една перфорация, картата автоматично се предвижва към следващата позиция за перфориране. Числените перфорации имат 14 ключа – по един всяка перфорищата позиция, интервал ключ за изваждане на картата.

Азбучните перфоратори имат и клавиатура. При натискането на дадена буква, автоматично се перфорират две позиции в една колона от картата. След като картите бъдат перфорирани и кодирани, те се предават към следващата машина, която ще прави изчисленията, за да разреши съответния проблем.

Сортировач – тази машина се използва за подреждането на различните перфорирани карти в желания азбучен или числов ред според информация, която те носят. За да бъдат подредени картите те се подават към единична четка, която чете информация от съответната колона и подрежда картата в един от тринадесетте слота на машината. Има слот за всяка от перфориращите позиции и слот за празните колони. Това е една машина, която работи със скорост от 450 карти на минута и има брояч, което определя количеството на обработени карти.

Азбучният интерпретатор е направен, за да преобразува числовата или буквената информация върху картата в принтирани фигури, разположени на един или два реда в горната част на картата. Така картата се чете по-лесно и може да използвана както за четене от машината, така и като файлова карта.

Счетоводната машина е високоскоростна машина за добавяне и печат. Тя чете информация от картите, добавя ги и ги изважда в броячите, и отпечатва върху лист хартия информация от картите или суми от броячите. Машината изброява по азбучни или цифрови данни със скорост осемдесет карти на минута, или натрупва до осемдесет цифри от общо 150 карти на минута.

Принтер перфоратор – той прехвърля цялата информация, принтирана на една група от карти върху друга група от карти или копира информация от една мастър карта и я прехвърля върху няколко детайлни карти. Перфораторът има сравняващо устройство, което сравнява принтираната информация на каратите и отчита, ако има някакво разминаване.

Събирачът изпълнява някои от функциите на сортировача по по-ефективен начин. Записва два комплекта карти заедно, избира отделни карти във всеки от четирите джоба за избор, съвпада с два комплекта карти според контролен номер и проверява последователността на набор от карти. Машината е много гъвкава и позволява работа с карти по сложен модел, включващ сравнение на две контролни числа. Картите могат да преминават през събирачът при скорост от 240 до 480 на минута.

Електронният Калкулиращ Перфоратор е високоскоростна машина, които прави електрически вериги, за да могат да се изпълняват всички основни операции. Тя събира, изважда, умножава и дели и перфорира получените резултат на същата карта, която ѝ е била подадена. Тази машина извършва всички тези изчисления точно и изключително бързо – рамките на части от секундата. Калкулиращият перфоратор прочита факторите, отпечатани на картата и прави допълнително събиране, изваждане, умножение и деление във всеки желан ред. Могат да бъдат перфорирани отделни резултати за всеки тип калкулация или резултатите да бъдат запазени и използвани за последващи калкулиращи операции.  Тази машина може да изчислява различия до осми ред, единадесетцифрени функции и много други сложни уравнения с много числа и операции.

Като добавка към стандартните машини, описани по-горе, в лабораторията има и няколко специално произведени калкулиращи машини, които работят на базата на свързани релета или електронни вериги. По-долу може да видите кратко описание на тези машини.

Реле Калкулаторът извършва всички основни математически операции в това число и определяне на корен квадратен посредством система от релета. Уникалната гъвкавост на този калкулатор се дължи на голямата му вградена памет, скоростта, с която извършва изчисленията, способността му да чете от четири карти и да перфорира пета и способността му да работи с много различни програми. Този калкулатор има сравнителни верига, която подпомага уселясяване на операциите за търсене на таблици. Много и сложни проблеми са били разрешени с помощта на Реле Калкулатора, в това число мултиплициране на хармонични серии, мултиплициране на матрици и шест линейни диференциални уравнения.

Работещ с карти Калкулатор на последователностите – състои се от  Счетоводна машина която чете, събира, изважда и запазва информацията, перфорирана карта, на която се отпечатва финалната стойност, кутия с релета, която осигурява изключителен контрол върху операциите и устройство, което извършва умноженията и деленията. Операциите при другите калкулатори обикновено са програмирани посредством контролния панел, докато при тази машина има само един контролиращ панел, който се програмира посредством кодирани перфорации и е много ефективен. Калкулаторът се е доказал като изключително полезен при изчисляването на орбитите на астероидите.

Изчислител на линейни уравнения – това е електрическо устройство, която изчислява последователно линейни уравнения до дванадесети ред. След като коефициентите на уравненията са настроени на циферблатите, превключвателите и перфорираните карти, различните променливи могат да се настройват, докато не се получи решение на уравнението. Методът на решение е този, който дава много бърза конвергенция. Тази машина е построена в лабораторията от г-н Робърт М. Уокър и проф. Франсис Дж. Мъри от катедрата по математика на университета.

Измерваща и записваща машина с плаки и карти – направена е основно за измерване на астрономически фотографии, но има своето приложение и при всички останали фотографии. В машината се поставя фотографска плака на част от небето, която включва изображение на звезда. Заедно с плаката в машината се поставя и перфорирана карта с приблизителните координати на звездата. След това машината автоматично чете картата, намира звездата с тези координати, точно измерва нейната позиция и записва измерванията на карта. След това тази карта може да се използва за различни математически изчисления.

След създаването на Астрономическото Бюро през 1934 се появиха много лаборатории, които работят с карти с резултати и перфорирани карти. Тези лаборатории работят и в времената на война и имат основно значение в определянето на защитната ни система. Такива лаборатории са лабораториите за балистични изследвания в Абърдийн, Мериленд и Долгрен, Вирджиния. В тази категория попада и Американската Военноморска Лаборатория, в която са приготвени много астрономически таблици, използвани в навигацията по суша, въздух и вода. В индустрията изчислителните лаборатории са заели важна роля както в теоретични, така и в приложни научни изследвания. Перфорирани карти са използвани при решаването на проблеми, свързани с анализа на напреженията и деформациите на конструкциите на въздухоплавателните средства и анализа на вибрациите на големи машини.

Приложенията на перфорирани карти се виждат и при дизайна и конструирането на кораби, където е нужно да може да се определи позицията на много точки в пространството. Дизайнерът може да постигне това като разглеждане на различни напречни сечения през корпуса и представяне на очертанията на всяка от тези секции чрез полином от пета степен например (виж фиг. 3).

Фигура 3. Напречно сечение

Стойностите на константите, a0, …, a5, варират на база на различните сечения заради това, че повърхността има много извивки. Заради това, ако съдът се раздели на 200 напречни сечения и е нужно да се определят 100 точни от всяка страна на сеченията, полиномът би трябвало да бъде изчислен 20,000 пъти. Използването на оборудване с перфорирани карти в решаването на този проблем превръща изключително тромавата работа в такава, която автоматично се изчислява от машината след завършване на първоначалното планиране.

Госпожа Елинор Кравиц, която има отличие като първата жена автор, допринесла за развитието на Колумбийското инженерство, може да се похвали и с много други забележителни отличия. Тя се дипломира през 1943 година в Основно Училище Самуел I, където също е член на академичното общество “Ариста”. В бруклинския колеж тя е била ковчежник на Пи Му Епсилон – уважавано математическо общество, след което защитава докторската си степен по математика през 1947 г.  След това работи като заместващ преподавател в Основно Училище Мидууд и в неговата Алма Матер, след което прекъсва кариерата си на учител, за да завърши магистратура по математика в Колумбийския Университет.

Днес тя е табулиращ супервайзор в  компютърната лаборатория на I.B.M. Томас Дж. Уотсън. Тя не само провежда астрономически класове, но също така тя се занимава с определянето на процедурите за решаване на проблемите на физиката, математиката и астрономията.

Еленор Кравиц умира на 25-ти януари 2019 година, петък, на 92 годишна възраст в Бока Рейтън, Флорида. Тя е силно възхитена от вниманието, която получава в края на живота си преди публикуването на тази статия в интернет през 2003 г. и превеждането ѝ на толкова много езици. Нейните последни думи към мен (през октомври 2018) бяха „Почти всичко не работи тук. Ооооооо….“

Принос: Елинор Кравиц Колчин, Ноември 2003 г.
Сканирана и преобразувана в HTML: 22-ри ноември 2003 г.
HTML 5 версия: 23-ти февруари 2019 г.
Още от същия автор:

  • Кравиц, Елинор, Перфорирани карти и Математически таблици на Стандартно IBM оборудване, Протокол, Семинар за индустриални изчисления, IBM, Ню Йорк (септември 1950 г.), стр.52-56.
  • Кравиц, Елинор, Матрицата чрез векторно мултиплициране на IBM Type 602-A изчисляващ перфоратор “, Протокол, Семинар за индустриални изчисления, IBM, Ню Йорк (септември 1950 г.), стр.66-70.
  • Грийн, Луис К., Нанси Е. Уебър и Елинор Кравиц, ” Използване на изчислени и наблюдавани енергии при изчисляване на силните осцилатори, Астрофизически Журна, Топ 113 номер 3, стр. 690-696
  • Грийн, Луис К., Марджори М. Мълдър, Пол С. Милнър, Маргарет М. Луи. Джон В. Уол, Елинор К. Колчин и Дейвид Анализ на трипараметровата вълнова функция на хилерите за He i-терен в условията на вълновите функции на централното поле”, Ревю 96, 319, 15 октомври 1954 г.
  • Грийн, Луис К., Сатоши Мацушима, Синтия Стивънс, Елинор К. Колчин, Маджъри М. Колер, Йенкин Уанг, Барбара Б. Болдуин  и Робърт Д. Уиснът, „Ефект върху енергията на увеличената гъвкавост в отделящия се фактор на атомните вълнови функции от типа Hylleraas от H− до O VII“, Физично ревю 112, 1187, 15 ноември 1958
  • Грийн, Луис К., Мацушима, Сатоши, Колчин Елинор К., „Таблица на функциите на вълновите континууми на водорода“, Астрофизичен журнал том 3, ноември 1958 г., стр. 459
  • Грийн, Луис К., Синтия Стивънс, Колчин Елинор К. , “Вълнова функция на формите ψ=f(r1)f(r2)g(r12)”, Журнал на Химичните физици 30, 1061 (1959).
  • Грийн, Луис К., Колчин Елинор К., Норма К. Джонсън, “Вълнови функции на стимулираните състояния на неутралния хелий “, Физичен Журнал 139(2A):363-378, Юли 1965.
  • Грийн, Луис К., Колчин Елинор К., “Повърхности на равномерна плътност при синхронно въртящи се близки двоични елементи, изградени върху политропния модел ν = 3, Астрофизика и космически науки, брой 2,  април 1973, стр.285-288.

Линкове (Обновено на 31-ви юли 2017 г. :

Преводи: 2013-2019   [относно преводитепоследно обновяване: 12 юни 2019

Франк Да Круз / fdc@columbia.edu / Университет Колумбия Компютърна История / Ноември 2003   [ валидирай ]

Translated by Aleksandar Damyan 
Read the original page here.