WATSON ZINĀTNISKĀS DATORNĪCIJAS LABORATORIJA

zinātnisko pētījumu centrs,

kas izmanto skaitļošanas mašīnas

Miss Eleonora Kravica
tabulēšanas vadītāja
Vatsona zinātniskās skaitļošanas laboratorijas

Columbia Engineering Quarterly, 1949. gada novembris

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

D LAIKĀpēdējos gados ir gūti lieli panākumi visās zinātniskās pētniecības jomās, un galvenais faktors šajā attīstībā ir plašā automātisko skaitļošanas metožu un aprīkojuma izmantošana. Mūsdienās aprēķini tiek veikti automātiski laboratorijās visā valstī. Šo skaitļošanas laboratoriju attīstība īpaši interesē Kolumbijas studentus, jo agrākās laboratorijas tika izveidotas šeit universitātē. Kolumbijas Universitātes Statistikas birojs tika izveidots divdesmito gadu beigās pedagogu un statistiķu vajadzībām. Astronomijas birojs, kas izveidots 1934. gadā un kuru vadīja doktors V.Dž.Ekerts, un ko kopīgi pārvalda Kolumbijas Universitāte, Amerikas Astronomijas biedrība un International Business Machines Corporation. darbojās kā bezpeļņas organizācija, kur astronomi no visas pasaules varēja ierasties, lai veiktu savus aprēķinus. 1945. gadā IBM izveidoja Tīras zinātnes nodaļu, par tās direktoru iecēla Dr. Ekertu un universitātes pilsētiņā nodibināja Vatsona zinātniskās skaitļošanas laboratoriju.

Vatsona laboratorijas galvenais mērķis ir pētniecība dažādās zinātnes nozarēs, īpaši tajās, kas saistītas ar lietišķo matemātiku un skaitliskiem aprēķiniem. Laboratorijas pakalpojumi bez maksas tiek piedāvāti ikvienam zinātniekam vai maģistrantam, kas nodarbojas ar pētniecību, kas sniedz būtisku ieguldījumu zinātnes jomās un kura šī mērķa sasniegšanai izmanto rēķināšanas iekārtas. Katru gadu divas Watson Laboratory stipendijas lietišķajā matemātikā tiek piešķirtas studentiem, kuru studijas vai pētījumi ir saistīti ar liela mēroga aprēķiniem. Darbinieki piedāvā apmācību kursus sev interesējošā jomā dažādu universitātes katedru paspārnē. Kursi maģistrantiem ietver mašīnu darbību un lietošanu, un skaitliskās metodes; akadēmisko kredītu kursos var iegūt, reģistrējoties augstskolā parastajā kārtībā. Profesionāliem cilvēkiem, vieszinātniekiem no visas pasaules un maģistrantiem, kuri strādā doktorantūrā, regulāri tiek pasniegtas īpašas nodarbības iekārtu darbībā. Vatsona laboratorijas papildu funkcija ir tehniskās informācijas izplatīšana par matemātisko mašīnu metodēm un matemātiskajām tabulām; ir pieejama visaptveroša bibliotēka, kas aptver šos priekšmetus. Vatsona laboratorijas papildu funkcija ir tehniskās informācijas izplatīšana par matemātisko mašīnu metodēm un matemātiskajām tabulām; ir pieejama visaptveroša bibliotēka, kas aptver šos priekšmetus. Vatsona laboratorijas papildu funkcija ir tehniskās informācijas izplatīšana par matemātisko mašīnu metodēm un matemātiskajām tabulām; ir pieejama visaptveroša bibliotēka, kas aptver šos priekšmetus.

Laboratorijas darbinieki un vieszinātnieki ir veiksmīgi pabeiguši pētījumus daudzās zinātnes jomās. Šis ir daļējs pabeigto vai notiekošo projektu saraksts:

• Astronomija: planētu un asteroīdu orbītu integrācija,
• Ģeofizika: skaņas viļņu ceļu izsekošana zem ūdens dažādos dziļumos un virzienos,
• Optika: aprēķini, kas ietver staru izsekošanas metodi,
• Ķīmija: aromātisko savienojumu kvantu mehāniskās rezonanses enerģijas aprēķināšana,
• Inženierzinātnes: Spring and Gear tabulu veidošana un sprieguma aprēķini saistībā ar zemestrīces slodzi,
• Ekonomika: noteiktu koeficientu aplēses ekonomisko modeļu vienādojumos, izmantojot matricas reizināšanu un inversiju,
• Fizika: kalcija pārejas varbūtību aprēķini,
• Kristalogrāfija: Furjē transformācijas novērtējums insulīna struktūrai.

Laboratorijā tiek uzturēts plašs gan digitālā, gan analogā tipa iekārtu klāsts; digitālā iekārta ir tāda, kas būtībā skaita, bet analogā iekārta veic fiziskus mērījumus. Šie kalkulatori ir paredzēti, lai vispiemērotākajā veidā atrisinātu problēmas un salīdzinātu dažādas risināšanas metodes, lai noteiktu visefektīvāko.

Lielākā daļa iekārtu lasa un raksta, izmantojot perfokarti, kas nodrošina automātisku datu apstrādi. Tādējādi kartes var apstrādāt, izmantojot jebkuru kalkulatoru sēriju, un ar tām var veikt jebkuru vēlamo darbību secību. Perfokaršu tehnikas galvenā priekšrocība ir tā, ka daudzumā var veikt lielu skaitu līdzīgu darbību. Pēc sākotnējo vērtību perforēšanas kartēs mašīnas procedūra ir automātiska. Štancēšana var notikt jebkurā no astoņdesmit kartes kolonnām. Katra kolonna ir sadalīta divpadsmit atšķirīgās pozīcijās, kas apzīmē veselus skaitļus no 0 līdz 9, kā arī divas īpašas perforācijas pozīcijas, kas apzīmētas kā X un Y. X perforators galvenokārt tiek izmantots, lai apzīmētu īpašu darbību vai negatīvu skaitli. Alfabēta burti tiek ierakstīti ar diviem sitieniem kolonnā,

1. attēls. Tabulēšanas karte, kas parāda 12 štancēšanas pozīcijas un perforatoru kombinācijas, kas norāda burtus.

Visās iekārtās kartes nolasīšanas princips ir vienāds. Caurumi ir caurumoti kartēs un tiek nolasīti ar elektriskiem kontaktiem, kas izveidoti caur caurumiem. Karte, kas darbojas kā izolators, iet starp stiepļu suku un misiņa veltni (skat. 2. att.).

Kartē caurdurts caurums ļauj birstei un rullītim sazināties, tādējādi pabeidzot elektrisko ķēdi; elektriskais impulss ir pieejams pieslēgtā vadības panelī, un impulsa laiku nosaka cauruma atrašanās vieta kartē. Visas iekārtas funkcijas regulē šo impulsu virziens vadības panelī, un šī paneļa elastības rezultātā var veikt lielu skaitu darbību. Lielu daļu problēmu, kas rodas skaitļu aprēķināšanā, var efektīvi risināt standarta IBM iekārtās. Pirmais solis šo problēmu risināšanā ir sākotnējo datu tulkošana kalkulatoru valodā. Tas ir, ierakstīt to caurumotu caurumu veidā uz standarta kartēm. Šī ir taustiņu Punch funkcija. Vēlamā informācija tiek pārrakstīta kartē, nospiežot iekārtas taustiņus atbilstoši attiecīgajai kolonnai. Šīs kartes var ievadīt Key Punch manuāli vai automātiski. Kad katra kolonna tiek perforēta, karte automātiski pāriet uz nākamo perforēšanas vietu. Skaitliskajiem perforatoriem ir četrpadsmit taustiņi; pa vienam katrai no divpadsmit štancēšanas pozīcijām, atstarpes taustiņš un kartes izstumšanas taustiņš. Alfabētiskajiem perforatoriem ir papildus rakstāmmašīnas tastatūra, kas automātiski izspiež divus caurumus katrā kolonnā. Kad kartes ir kodētas ar Key Punch, tās ir gatavas pārvietošanai caur jebkuru citu iekārtu, kas nepieciešama problēmas risināšanai. Kad katra kolonna tiek perforēta, karte automātiski pāriet uz nākamo perforēšanas vietu. Skaitliskajiem perforatoriem ir četrpadsmit taustiņi; pa vienam katrai no divpadsmit štancēšanas pozīcijām, atstarpes taustiņš un kartes izstumšanas taustiņš. Alfabētiskajiem perforatoriem ir papildus rakstāmmašīnas tastatūra, kas automātiski izspiež divus caurumus katrā kolonnā. Kad kartes ir kodētas ar Key Punch, tās ir gatavas pārvietošanai caur jebkuru citu iekārtu, kas nepieciešama problēmas risināšanai. Kad katra kolonna tiek perforēta, karte automātiski pāriet uz nākamo perforēšanas vietu. Skaitliskajiem perforatoriem ir četrpadsmit taustiņi; pa vienam katrai no divpadsmit štancēšanas pozīcijām, atstarpes taustiņš un kartes izstumšanas taustiņš. Alfabētiskajiem perforatoriem ir papildus rakstāmmašīnas tastatūra, kas automātiski izspiež divus caurumus katrā kolonnā. Kad kartes ir kodētas ar Key Punch, tās ir gatavas pārvietošanai caur jebkuru citu iekārtu, kas nepieciešama problēmas risināšanai.

Šķirotājs tiek izmantots, lai sakārtotu perfokartes jebkurā vēlamajā ciparu vai alfabētiskā secībā atkarībā no tajās esošās informācijas. Šķirojamās kartītes tiek padotas no tvertnes uz vienu otu, kas nolasa izvēlēto kolonnu un sašķiro katru karti pareizajā no trīspadsmit pieejamajām kabatām. Katrai no divpadsmit štancēšanas pozīcijām ir kabata un viena tukšām kolonnām. Veicot secīgu šķirošanu, kartes tiek sakārtotas jebkurā vēlamajā secībā. Iekārta, kas darbojas ar ātrumu 450 kartes minūtē, ir aprīkota ar skaitītāju, lai reģistrētu caurejošo karšu skaitu.

Alfabētiskais tulks ir paredzēts, lai kartītē esošo skaitlisko vai alfabētisko informāciju pārvērstu drukātos skaitļos vienā no divām rindām kartes augšpusē. Tādējādi perfokarte ir vieglāk nolasāma, un to var izmantot kā failu karti, kā arī iekārtās.

Grāmatvedības mašīna ir ātrgaitas pievienošanas un drukāšanas mašīna. Tas nolasa datus no kartes, saskaita un atņem tos skaitītājos un izdrukā uz papīra lapas informāciju no kartēm vai kopsummas no skaitītājiem. Iekārta uzskaita alfabētiskus vai ciparu datus ar ātrumu astoņdesmit kartītes minūtē vai uzkrāj pat astoņdesmit ciparus no kopsummas ar 150 kartītēm minūtē.

Reproducēšanas perforators pārraksta visus vai daļu datu, kas ir perforēti vienā karšu komplektā, citā komplektā vai kopē datus no vienas galvenās kartes uz detalizētu karšu grupu. Perforatoram ir salīdzināšanas vienība, kas salīdzina abas datu kopas un norāda uz jebkādām nesaskaņām starp tām. Iekārtu var pielāgot izmantošanai kā Summary Punch, lai ierakstītu uz jaunas kartes summas, kas ir uzkrātas Grāmatvedības iekārtā.

Šķirotājs dažas no Šķirotāja funkcijām veic efektīvāk. Tas kopā ievieto divus karšu komplektus, atlasa konkrētas kārtis jebkurā no četrām atlases kabatām, saskaņo divus karšu komplektus atbilstoši kontroles numuram un pārbauda kāršu komplekta secību. Iekārta ir ļoti elastīga un ļauj apstrādāt kartes saskaņā ar sarežģītu modeli, kas ietver divu kontroles numuru salīdzināšanu. Kartes var iziet caur Collator ar ātrumu no 240 līdz 480 minūtē.

Electronic Calculating Punch ir ātrgaitas iekārta, kas izmanto elektroniskās shēmas visu pamatoperāciju veikšanai. Tas saskaita, atņem, reizina un dala tajā ievadītos skaitļus uz kartes, kā arī iespiež atbildes tajā pašā vai nākamajā kartē. Tas veic šīs darbības atkārtoti un jebkurā secībā sekundes daļā. Calculating Punch nolasa kartītē iespiestos koeficientus un veic saskaitīšanu, atņemšanu, reizināšanu un dalīšanu jebkurā vēlamajā secībā. Katram aprēķinu veidam var ievadīt atsevišķus rezultātus, vai arī rezultātus var saglabāt un izmantot kā faktoru turpmākajiem aprēķiniem. Šī iekārta ir aprēķinājusi vienpadsmit ciparu funkcijas astotās kārtas atšķirības un daudzus sarežģītus vienādojumus, kas ietver lielu skaitu darbību.

Papildus iepriekš aprakstītajām standarta iekārtām laboratorijā ir vairāki speciāli izstrādāti kalkulatori, kas darbojas, izmantojot releju tīklus un elektroniskās shēmas. Zemāk ir īss šo īpašo iekārtu apraksts.

Releja kalkulators veic visas pamata aritmētiskās darbības, tostarp kvadrātsakņu noteikšanu, izmantojot sarežģītu releju tīklu. Šī kalkulatora ārkārtējā elastība ir saistīta ar tā lielo iekšējo atmiņu, aprēķinu veikšanas ātrumu, spēju vienlaikus nolasīt četras kartes un izsist piekto karti, kā arī spēju darboties plašā un daudzveidīgā programmā. Iekārta ir aprīkota ar salīdzināšanas ķēdi, lai atvieglotu tabulas meklēšanas darbības. Releja kalkulatorā ir atrisinātas daudzas sarežģītas problēmas, tostarp harmonisko sēriju reizināšana, matricu reizināšana un sestās kārtas diferenciālvienādojumus.

Ar karti darbināms secību kalkulators sastāv no uzskaites mašīnas, kas nolasa, saskaita, atņem un saglabā datus, kopsavilkuma perforatora, kas perforē galīgās vērtības, releja kastes, kas nodrošina operāciju vadības elastību, un vienības, kas veic reizināšanu un dalīšanu. Citu kalkulatoru darbības parasti tiek ieprogrammētas, izmantojot vadības paneļa vadus, savukārt šai iekārtai būtībā ir iestatīts viens pamata vadības panelis, un to pārvalda kartē kodēti perforatori. Šis kalkulators ir izrādījies īpaši prasmīgs asteroīdu orbītu aprēķināšanā.

Lineāro vienādojumu risinātājs ir elektriska ierīce vienlaicīgu lineāru vienādojumu risināšanai līdz divpadsmitajai pakāpei ieskaitot. Kad vienādojumu koeficienti ir iestatīti uz ciparnīcām, slēdžiem vai perfokartēm, dažādie mainīgie tiek pielāgoti, līdz tiek iegūts risinājums. Risinājuma metode ir tāda, kas nodrošina ļoti ātru konverģenci. Šo iekārtu laboratorijā uzbūvēja Roberts M. Volkers, mūsu personāla loceklis, un profesors Frensiss Dž. Marejs no Universitātes matemātikas nodaļas.

Kartes vadāmā mērīšanas un ierakstīšanas iekārta ir paredzēta galvenokārt astronomisku fotogrāfiju mērīšanai, lai gan to var viegli izmantot fotogrāfijām jebkurā jomā. Iekārtā tiek ievietota tādas debess daļas fotoplate, kurā ir attiecīgā zvaigzne, kopā ar perfokarti, kas norāda zvaigznes aptuvenās koordinātas. Pēc tam iekārta automātiski nolasa perfokarti, pēc šīm aptuvenajām koordinātām nosaka zvaigznes atrašanās vietu uz fotoplates, precīzi mēra tās pozīciju un ieraksta šo mērījumu kartē. Pēc tam perfokartes ieraksts ir pieejams matemātiskai apstrādei.

Kopš Astronomijas biroja dibināšanas 1934. gadā visā nozarē un valdībā ir izveidotas vairākas citas perfokaršu laboratorijas. Tām laboratorijām, kas darbojās kara gados, bija būtiska loma mūsu valsts aizsardzības programmā. Šajā grupā bija Ballistiskās izpētes laboratorijas Aberdīnā, Merilendā un Dalgrēnā, Virdžīnijā. Šajā pašā kategorijā bija ASV Jūras spēku observatorija, kas sagatavoja astronomiskas tabulas izmantošanai gaisa un jūras navigācijā, astronomijā un mērniecībā. Rūpniecībā skaitļošanas laboratorijas ir ieņēmušas nozīmīgu lomu gan tīrajos, gan lietišķajos zinātniskajos pētījumos. Perfokaršu tehnikas ir izmantotas, piemēram, tādu problēmu risināšanā, kas saistītas ar gaisa kuģu konstrukciju spriedzes un deformācijas analīzi un lielas tehnikas vibrāciju analīzi.

Perfokaršu iekārtu pielietojuma ilustrācija rūpniecības problēmās rodas kuģu projektēšanā un būvniecībā, kur nepieciešams precizēt precīzas liela skaita punktu atrašanās vietas uz virsmas. Projektētājs to var paveikt, apsverot dažādus korpusa šķērsgriezumus un attēlojot katra no šīm sekcijām kontūras ar, piemēram, piektās pakāpes polinomu (sk. 3. attēlu).

3. attēls. Kuģa šķērsgriezums

Konstantu vērtības a 0 , …, a 5 vienādojumā mainīsies ar katru ņemto sekciju, jo virsmas izliekums ir garenvirzienā. Līdz ar to, ja kuģi sadala 200 šķērsgriezumos, un katram šķērsgriezumam nepieciešams noteikt 100 punktus katrā korpusa pusē, polinoms būtu jāvērtē 20 000 reižu. Perfokaršu aprīkojuma izmantošana šīs problēmas risināšanā pārvērš ārkārtīgi apgrūtinošu darbu tādā darbā, ko mašīna automātiski aprēķina pēc sākotnējās plānošanas pabeigšanas.

Eleonora Kravicas jaunkundze, kurai ir pirmā sievišķā autore, kas piedalījusies COLUMBIA ENGINEERING QUARTERLY, var lepoties ar daudziem citiem ievērojamiem sasniegumiem. Viņa 1943. gadā absolvēja Bruklinas Semjuela I. Tildena vidusskolu, kur bija akadēmiskās goda biedrības "Arista" biedre. Bruklinas koledžā viņa bija goda matemātikas biedrības Pi Mu Epsilon kasiere, līdz 1947. gadā ieguva bakalaura grādu matemātikā. Pēc tam viņa strādāja par skolotāju aizvietotāju Midvudas vidusskolā un savā Alma Mater, Tilden High, bet drīz atmeta no darba. vidusskolas skolotāja karjeru, lai Kolumbijā iegūtu maģistra grādu matemātikā.

Šodien Kravicas jaunkundze ir Kolumbijas universitātes IBM Tomasa J. Vatsona skaitļošanas laboratorijas tabulas vadītāja. Viņa ne tikai instruē astronomijas nodarbības augstskolā par datoru darbību, bet arī nodarbojas ar fizikas, matemātikas un astronomijas uzdevumu aprēķināšanas procedūru izveidi.

Eleonora Kravica Kolčina nomira piektdien, 2019. gada 25. janvārī, 92 gadu vecumā Bokaretonā, Floridā. Viņa bija sajūsmā par uzmanību, ko viņa saņēmusi vēlu dzīves laikā saistībā ar šī raksta publicēšanu internetā 2003. gadā un tā tulkošanu tik daudzās valodās. Viņas pēdējie vārdi man (2018. gada oktobrī) bija "Šeit gandrīz viss nedarbojas. Oooooo".

Ieguldīja: Eleanor Krawitz Kolchin, 2003. gada novembris.
Skenēts un pārveidots par HTML: sestdien, 22. novembris, 17:06:54, 2003
Pārveidots par HTML5: sestdien, 23. februāris, 08:52:56 2019

Arī autors:

• Krawitz, Eleanor, "Perfokartes matemātiskās tabulas uz standarta IBM iekārtām", Proceedings, Industrial Computation Seminar , IBM, Ņujorka (1950. gada septembris), 52.–56. lpp.
• Krawitz, Eleanor, "Matrica ar vektora reizināšanu uz IBM Type 602-A Calculating Punch", Proceedings, Industrial Computation Seminar , IBM, Ņujorka (1950. gada septembris), 66.-70. lpp.
• Grīns, Luiss K., Nensija E. Vēbere un Eleonora Kravica, "Aprēķināto un novēroto enerģiju izmantošana oscilatoru stiprumu aprēķināšanā un f -summas noteikums" Astrophysical Journal , Vol.113 No.3 (1951. gada maijs), 690.-696.lpp.
• Grīns, Luiss K., Mārdžorija M. Maldere, Pols Milners, Mārgareta N. Lūisa, Džons V. Vols, jaunākais, Eleonora K. Kolčina un Deivids Meiss, "Hilleraasa trīs parametru viļņu funkcijas analīze He i zemes stāvoklis centrālā lauka viļņu funkciju izteiksmē”, Physical Review 96, 319, 1954. gada 15. oktobris.
• Grīns, Luiss K., Satoši Matsušima, Sintija Stīvensa, Eleonora K. Kolčina, Majori M. Kollere, Jenkinga Vanga, Barbara B. Boldvina un Roberts Dž. Visners, “Ietekme uz palielinātas elastības enerģiju Hylleras atdalāmajā faktorā -Tipa atomu viļņu funkcijas no H− līdz O VII", Physical Review 112, 1187, 1958. gada 15. novembris.
• Grīns, Luiss K.; Matsušima, Satoši; Kolčins, Eleonora K., "Ūdeņraža kontinuuma viļņu funkciju tabulas", Astrophysical Journal Supplement, sēj. 3, 1958. gada novembris, 459. lpp.
• Green, Louis C., Cynthia Stephens, Eleanor K. Kolchin u.c., "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, "Wave Functions for the Excited States of Neutral Helium", Physical Review 139(2A):363-378, 1965. gada jūlijs.
• Green, Louis C., Eleanor K. Kolchin, "Equi-density surfaces in synchronously rotating close binary builded on polytropic model ν=3", Astrophysics and Space Science, Issue 2, April 1973, pp.285-288.