THE WATSON SCIENTIFIC COMPUTING LABORATORY:
een centrum voor wetenschappelijk
onderzoek met rekenmachines

Miss Eleanor Krawitz
Tabulerende supervisor
Watson Scientific Computing Laboratory

Columbia Engineering Quarterly, november 1949

D URING de afgelopen jaren zijn er grote vorderingen gemaakt op alle gebieden van wetenschappelijk onderzoek, en een belangrijke factor in deze vooruitgang is het uitgebreide gebruik van automatische rekenmethoden en -apparatuur. Tegenwoordig worden berekeningen automatisch uitgevoerd in laboratoria door het hele land. De ontwikkeling van deze computerlaboratoria is van bijzonder belang voor Columbia-studenten, aangezien de vroegste hier op de universiteit zijn gevestigd. Het Columbia University Statistical Bureau werd eind jaren twintig opgericht voor het gebruik van docenten en statistici. The Astronomical Bureau, opgericht in 1934, geleid door Dr. WJ Eckert, en gezamenlijk beheerd door Columbia University, de American Astronomical Society en International Business Machines Corporation,functioneerde als een non-profit organisatie waar astronomen van over de hele wereld hun berekeningen konden laten uitvoeren. In 1945 richtte IBM een afdeling Pure Science op, stelde Dr. Eckert aan als directeur en richtte het Watson Scientific Computing Laboratory op de universiteitscampus op.

Het primaire doel van het Watson-laboratorium is onderzoek in de verschillende takken van de wetenschap, vooral die met betrekking tot toegepaste wiskunde en numerieke berekeningen. De diensten van het laboratorium worden gratis aangeboden aan elke wetenschapper of afgestudeerde student die zich bezighoudt met onderzoek dat een belangrijke bijdrage levert aan de vooruitgang op het gebied van de wetenschap en die rekenmachines gebruikt om dat doel te bereiken. Elk jaar worden twee Watson Laboratory-beurzen in toegepaste wiskunde toegekend aan studenten wier studie of onderzoek grootschalige berekeningen omvat. Personeelsleden bieden onder begeleiding van verschillende afdelingen van de universiteit instructiecursussen aan in hun vakgebied. Cursussen voor afgestudeerde studenten omvatten de bediening en het gebruik van de machines en numerieke methoden;Academische studiepunten voor de cursussen kunnen worden verkregen door zich op de gebruikelijke manier bij de universiteit te registreren. Speciale lessen in de bediening van de machines worden met regelmatige tussenpozen gegeven aan professionele mensen, bezoekende wetenschappers van over de hele wereld en afgestudeerde studenten die werken voor hun doctoraat. Een extra functie van het Watson-laboratorium is de verspreiding van technische informatie over wiskundige machinemethoden en wiskundige tabellen; er is een uitgebreide bibliotheek over deze onderwerpen beschikbaar.Een extra functie van het Watson-laboratorium is de verspreiding van technische informatie over wiskundige machinemethoden en wiskundige tabellen; er is een uitgebreide bibliotheek over deze onderwerpen beschikbaar.Een extra functie van het Watson-laboratorium is de verspreiding van technische informatie over wiskundige machinemethoden en wiskundige tabellen; er is een uitgebreide bibliotheek over deze onderwerpen beschikbaar.

Onderzoek is met succes afgerond op vele wetenschapsgebieden in het laboratorium door personeelsleden en bezoekende wetenschappers. Hieronder volgt een gedeeltelijke lijst van voltooide of lopende projecten:

         Astronomie: integratie van banen van planeten en asteroïden,

         Geofysica: traceren van paden van geluidsgolven onder water voor verschillende diepten en richtingen,

         Optica: berekeningen die de methode van ray tracing belichamen,

         Chemie: berekening van kwantummechanische resonantie-energieën van aromatische verbindingen,

         Engineering: bouwen van Spring- en Gear-tabellen en berekenen van stressberekeningen in verband met aardbevingsbelastingen,

         Economie: schattingen van bepaalde coëfficiënten in de vergelijkingen van economische modellen, met behulp van matrixvermenigvuldiging en inversie,

         Fysica: berekeningen van calciumovergangskansen,

         Kristallografie: evaluatie van een Fourier-transformatie voor de structuur van insuline.

Het laboratorium beschikt over een grote verscheidenheid aan zowel digitale als analoge machines; de digitale machine is er een die in wezen telt, terwijl de analoge machine fysieke metingen verricht. Deze rekenmachines zijn ontworpen om problemen op de meest doelmatige manier op te lossen en om verschillende oplossingsmethoden te vergelijken om de meest efficiënte te bepalen.

De meeste machines lezen en schrijven door het gebruik van de ponskaart, die een manier biedt om gegevens automatisch te verwerken. De kaarten kunnen dus worden verwerkt door elke reeks rekenmachines en kunnen elke gewenste reeks bewerkingen uitvoeren. Het belangrijkste voordeel van de ponskaarttechniek is dat een groot aantal vergelijkbare bewerkingen in kwantiteit kan worden uitgevoerd. Nadat de beginwaarden op de kaarten zijn geponst, is de machineprocedure automatisch. Ponsen kan plaatsvinden in een van de tachtig kolommen van de kaart. Elke kolom is onderverdeeld in twaalf verschillende posities, die de gehele getallen 0 tot en met 9 vertegenwoordigen, evenals twee speciale ponsposities die X en Y worden genoemd. De X-pons wordt voornamelijk gebruikt om een ​​speciale bewerking of een negatief getal aan te duiden. Letters van het alfabet worden geregistreerd door twee ponsen in een kolom,een combinatie van een X, Y of 0, met een van de gehele getallen 1 tot en met 9 (zie figuur 1).

Figuur 1. Tabellatiekaart met 12 stansposities en combinaties van stansen om letters aan te geven.

In alle machines is het principe van het lezen van de kaart hetzelfde. De gaten worden in de kaarten gestanst en worden gelezen door middel van elektrische contacten die door de gaten worden gemaakt. De kaart, die als isolator fungeert, gaat tussen een staalborstel en een koperen rol (zie fig. 2).

Een gat in de kaart maakt het mogelijk dat de borstel en de rol contact maken, waardoor een elektrisch circuit wordt voltooid; de elektrische impuls wordt beschikbaar gemaakt op een inplugbaar bedieningspaneel en de timing van de impuls wordt bepaald door de positie van het gat in de kaart. Alle functies van de machine worden bepaald door de richting van deze impulsen op het bedieningspaneel en als gevolg van de flexibiliteit van dit paneel kan een groot aantal bewerkingen worden uitgevoerd. Een groot percentage van de problemen die zich voordoen bij numerieke berekeningen kunnen efficiënt worden afgehandeld op de standaard IBM-machines. De eerste stap in de aanpak van deze problemen is het vertalen van de originele gegevens in de taal van de rekenmachines. Dat wil zeggen, om het op te nemen in de vorm van geperforeerde gaten op standaardkaarten. Dit is de functie van de Key Punch.De gewenste informatie wordt op de kaart getranscribeerd door de toetsen op de machine in te drukken in lijn met de betreffende kolom. Deze kaarten kunnen handmatig of automatisch in de Key Punch worden ingevoerd. Wanneer elke kolom wordt geponst, gaat de kaart automatisch door naar de volgende ponspositie. De numerieke stoten hebben veertien toetsen; één voor elk van de twaalf ponsposities, een spatietoets en een kaartuitwerptoets. De alfabetische ponsen hebben bovendien een typemachinetoetsenbord dat automatisch twee gaten per kolom ponst. Nadat ze zijn gecodeerd door de Key Punch, zijn de kaarten klaar om door een van de andere machines te gaan die nodig zijn om het probleem op te lossen.Deze kaarten kunnen handmatig of automatisch in de Key Punch worden ingevoerd. Wanneer elke kolom wordt geponst, gaat de kaart automatisch door naar de volgende ponspositie. De numerieke stoten hebben veertien toetsen; één voor elk van de twaalf ponsposities, een spatietoets en een kaartuitwerptoets. De alfabetische ponsen hebben bovendien een typemachinetoetsenbord dat automatisch twee gaten per kolom ponst. Nadat ze zijn gecodeerd door de Key Punch, zijn de kaarten klaar om door een van de andere machines te gaan die nodig zijn om het probleem op te lossen.Deze kaarten kunnen handmatig of automatisch in de Key Punch worden ingevoerd. Wanneer elke kolom wordt geponst, gaat de kaart automatisch door naar de volgende ponspositie. De numerieke stoten hebben veertien toetsen; één voor elk van de twaalf ponsposities, een spatietoets en een kaartuitwerptoets. De alfabetische ponsen hebben bovendien een typemachinetoetsenbord dat automatisch twee gaten per kolom ponst. Nadat ze zijn gecodeerd door de Key Punch, zijn de kaarten klaar om door een van de andere machines te gaan die nodig zijn om het probleem op te lossen.een schrijfmachinetoetsenbord dat automatisch twee gaten per kolom ponst. Nadat ze zijn gecodeerd door de Key Punch, zijn de kaarten klaar om door een van de andere machines te gaan die nodig zijn om het probleem op te lossen.een schrijfmachinetoetsenbord dat automatisch twee gaten per kolom ponst. Nadat ze zijn gecodeerd door de Key Punch, zijn de kaarten klaar om door een van de andere machines te gaan die nodig zijn om het probleem op te lossen.

De Sorter wordt gebruikt om ponskaarten in elke gewenste numerieke of alfabetische volgorde te rangschikken, afhankelijk van de informatie erop. De te sorteren kaarten worden vanuit een hopper naar een enkele borstel gevoerd, die de geselecteerde kolom leest en elke kaart in de juiste van de dertien beschikbare vakken sorteert. Er is een vak voor elk van de twaalf ponsposities en één voor lege kolommen. Door opeenvolgende sorteringen worden de kaarten in elke gewenste volgorde gerangschikt. De machine, die werkt met een snelheid van 450 kaarten per minuut, is uitgerust met een teller om het aantal passerende kaarten bij te houden.

De alfabetische tolk is ontworpen om de numerieke of alfabetische informatie op de kaart te vertalen in gedrukte figuren op een van de twee regels bovenaan de kaart. De ponskaart is dus gemakkelijker af te lezen en kan zowel als dossierkaart als in de machines worden gebruikt.

De boekhoudmachine is een snelle toevoeg- en drukmachine. Het leest gegevens van een kaart, voegt ze toe en trekt ze af in tellers, en drukt op een vel papier informatie af van de kaarten of totalen van de tellers. De machine geeft alfabetische of numerieke gegevens weer met een snelheid van tachtig kaarten per minuut, of verzamelt tot tachtig cijfers van totalen met 150 kaarten per minuut.

De Reproducing Punch transcribeert alle of een deel van de gegevens die op de ene set kaarten zijn geponst naar een andere set, of kopieert gegevens van de ene masterkaart naar een groep detailkaarten. De punch heeft een vergelijkingseenheid die de twee sets gegevens vergelijkt en elk meningsverschil tussen de twee aangeeft. De machine kan worden aangepast voor gebruik als een samenvattingstempel om op een nieuwe kaartbedragen te registreren die zijn verzameld in de boekhoudmachine.

De Collator vervult een aantal functies van de Sorter op een efficiëntere manier. Het slaat twee sets kaarten bij elkaar op, selecteert bepaalde kaarten in een van de vier selectievakken, vergelijkt twee sets kaarten volgens een controlenummer en controleert de volgorde van een set kaarten. De machine is zeer flexibel en maakt de verwerking van kaarten mogelijk volgens een ingewikkeld patroon waarbij twee controlenummers worden vergeleken. Kaarten kunnen door de Collator gaan met een snelheid van 240 tot 480 per minuut.

De elektronische rekenpen is een machine met hoge snelheid die elektronische circuits gebruikt voor het uitvoeren van alle basisbewerkingen. Het optelt, trekt af, vermenigvuldigt en verdeelt de getallen die erin zijn ingevoerd op een kaart en ponst de antwoorden op dezelfde kaart of een volgende kaart. Het voert deze bewerkingen herhaaldelijk en in willekeurige volgorde uit in een fractie van een seconde. De Calculating Punch leest factoren die op een kaart zijn geponst en voert optellingen, aftrekkingen, vermenigvuldigingen en delingen uit, in elke gewenste volgorde. Afzonderlijke resultaten kunnen voor elk type berekening worden geponst, of de resultaten kunnen worden opgeslagen en gebruikt als een factor voor het volgen van berekeningen. Deze machine heeft achtste-orde verschillen berekend van een elfcijferige functie en veel ingewikkelde vergelijkingen met een groot aantal bewerkingen.

Naast de hierboven beschreven standaardmachines zijn er in het laboratorium een ​​aantal speciaal ontworpen rekenmachines die werken door middel van relaisnetwerken en elektronische schakelingen. Hieronder volgt een korte beschrijving van deze speciale machines.

De Relay Calculator voert alle elementaire rekenkundige bewerkingen uit, inclusief het bepalen van vierkantswortels via een ingewikkeld relaisset. De extreme flexibiliteit van deze rekenmachine is te danken aan het grote interne geheugen, de snelheid bij het uitvoeren van berekeningen, de mogelijkheid om tegelijkertijd vier kaarten te lezen en een vijfde te slaan, en de capaciteit om onder een uitgebreid en gevarieerd programma te werken. De machine is uitgerust met een verzamelcircuit om het opzoeken van tafels te vergemakkelijken. Een groot aantal gecompliceerde problemen zijn opgelost op een relaiscalculator, waaronder vermenigvuldiging van harmonische reeksen, vermenigvuldiging van matrices en differentiaalvergelijkingen van de zesde orde.

De kaartgestuurde sequentiecalculator bestaat uit een boekhoudmachine die de gegevens leest, optelt, aftrekt en opslaat, een samenvattingstempel die de definitieve waarden ponst, een relaiskast voor flexibele controle van de bewerkingen en een eenheid die presteert vermenigvuldigingen en delingen. De bewerkingen van de andere rekenmachines worden meestal geprogrammeerd via de bedrading op het bedieningspaneel, terwijl deze machine in wezen één basisbedieningspaneel heeft en wordt bestuurd door gecodeerde ponsen in de kaart. Deze rekenmachine is bijzonder bedreven gebleken in het berekenen van banen van asteroïden.

De lineaire vergelijkingsoplosser is een elektrisch apparaat voor de oplossing van gelijktijdige lineaire vergelijkingen tot en met de twaalfde orde. Nadat coëfficiënten van de vergelijkingen zijn ingesteld op wijzerplaten, schakelaars of ponskaarten, worden de verschillende variabelen aangepast totdat een oplossing wordt verkregen. De methode van oplossing is er een die zeer snelle convergentie geeft. Deze machine is in het laboratorium gebouwd door de heer Robert M. Walker, een lid van onze staf, en professor Francis J. Murray van de afdeling wiskunde van de universiteit.

De kaartgestuurde meet- en opnamemachine is in de eerste plaats ontworpen voor het meten van astronomische foto's, hoewel hij gemakkelijk kan worden toegepast op foto's in elk veld. Een fotografische plaat van een deel van de hemel die de ster in kwestie bevat, wordt in de machine geïntroduceerd samen met een ponskaart die de benaderde coördinaten van de ster aangeeft. De machine leest vervolgens automatisch de ponskaart, lokaliseert de ster op de fotografische plaat vanuit deze benaderde coördinaten, meet nauwkeurig zijn positie en registreert deze meting op een kaart. Het ponskaartrecord is dan beschikbaar voor wiskundige behandeling.

Sinds de oprichting van het Astronomisch Bureau in 1934 zijn er in de industrie en de overheid verschillende andere ponskaartlaboratoria opgericht. De laboratoria die tijdens de oorlogsjaren in gebruik waren, speelden een cruciale rol in ons nationale defensieprogramma. In deze groep bevonden zich de Ballistic Research Laboratories in Aberdeen, Maryland en Dahlgren, Virginia. In dezelfde categorie bevond zich het US Naval Observatory, dat astronomische tabellen heeft opgesteld voor gebruik in de lucht- en zeevaart, astronomie en landmeetkunde. In de industrie hebben computerlaboratoria een prominente rol gespeeld in zowel puur als toegepast wetenschappelijk onderzoek. Ponskaarttechnieken zijn bijvoorbeeld gebruikt bij het oplossen van problemen met betrekking tot de stress- en rekanalyse van vliegtuigconstructies en de trillingsanalyse van grote machines.

Een illustratie van de toepassing van ponskaartapparatuur in industriële problemen doet zich voor bij het ontwerp en de constructie van schepen, waarbij het nodig is om de exacte locaties van een groot aantal punten op het oppervlak te specificeren. De ontwerper kan dit bereiken door verschillende doorsneden door de romp te beschouwen en de omtrek van elk van deze secties weer te geven met een polynoom van bijvoorbeeld de vijfde graad (zie figuur 3).

Figuur 3. Doorsnede door vaartuig

De waarden van de constanten, een ₀ , ..., een ₅ , in de vergelijking variëren met elke genomen sectie, vanwege de kromming van het oppervlak in de lengterichting. Als het schip dus is verdeeld in 200 doorsneden en het is nodig om voor elke doorsnede 100 punten aan elke kant van de romp te bepalen, moet het polynoom 20.000 keer worden geëvalueerd. Het gebruik van ponskaartapparatuur in de oplossing van dit probleem vertaalt een buitengewoon omslachtige taak in een taak die automatisch door de machine wordt berekend nadat de oorspronkelijke planning is voltooid.

Miss Eleanor Krawitz, die de eer heeft om de eerste vrouwelijke auteur te zijn die bijdraagt ​​aan het COLUMBIA ENGINEERING QUARTERLY, kan bogen op een groot aantal andere opmerkelijke prestaties. Ze studeerde in 1943 af aan de Samuel I. Tilden High School in Brooklyn, waar ze lid was geweest van de scholastische erevereniging 'Arista'. Aan het Brooklyn College was ze penningmeester van Pi Mu Epsilon, ere-wiskundemaatschappij, totdat ze in 1947 haar BA in wiskunde behaalde. Daarna werkte ze als vervangende leraar op de Midwood High School en in haar Alma Mater, Tilden High, maar zette haar kort opzij lesgeven op de middelbare school om haar MA in wiskunde in Columbia te behalen.

Tegenwoordig is Miss Krawitz Tabulerende Supervisor in het IBM Thomas J. Watson Computing Laboratory aan de Columbia University. Ze geeft niet alleen lessen astronomie aan de Graduate School over de werking van de computers, maar houdt zich ook bezig met het opzetten van procedures voor het berekenen van problemen in de natuurkunde, wiskunde en astronomie.

Eleanor Krawitz Kolchin stierf op vrijdag 25 januari 2019 op 92-jarige leeftijd in Boca Raton, Florida. Ze was heel blij met de aandacht die ze op latere leeftijd kreeg vanwege de publicatie van dit artikel op internet in 2003 en de vertaling ervan in zoveel talen. Haar laatste woorden tegen mij (in oktober 2018) waren: "Bijna alles werkt hier niet. Oooooo".

Ook door de auteur:

• Krawitz, Eleanor, "Punched Card Mathematical Tables on Standard IBM Equipment", Proceedings, Industrial Computation Seminar , IBM, New York (september 1950), pp. 52-56.
• Krawitz, Eleanor, "Matrix by Vector Multiplication on the IBM Type 602-A Calculating Punch", Proceedings, Industrial Computation Seminar , IBM, New York (september 1950), pp. 66-70.
• Green, Louis C., Nancy E. Weber en Eleanor Krawitz, "The Use of Calculated and Observed Energies in the Computation of Oscillator Strengths and the f -Sum Rule" Astrophysical Journal , Vol.113 No.3 (mei 1951), pp.690-696.
• Green, Louis C., Marjorie M. Mulder, Paul C. Milner, Margaret N. Lewis, John W. Woll, Jr., Eleanor K. Kolchin, en David Mace, "Analyse van de drie-parametergolffunctie van Hylleraas voor de He i Ground State in termen van Central Field Wave Functions ", Physical Review 96, 319, 15 oktober 1954.
• Green, Louis C., Satoshi Matsushima, Cynthia Stephens, Eleanor K. Kolchin, Majorie M. Kohler, Yenking Wang, Barbara B. Baldwin en Robert J. Wisner, "Effect op de energie van verhoogde flexibiliteit in de scheidbare factor van 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., "Tables of the Continuum Wave Functions for Hydrogen", Astrophysical Journal Supplement, vol. 3, november 1958, p.459.
• Green, Louis C., Cynthia Stephens, Eleanor K. Kolchin, et al., "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, juli 1965.
• Green, Louis C., Eleanor K. Kolchin, "Equi-density oppervlakken in synchroon roterende gesloten binaries gebouwd op polytropisch model ν = 3", Astrophysics and Space Science, Issue 2, april 1973, pp.285-288.

Links (bijgewerkt op 31 juli 2017) :

• The Face Of A 'Computer' uit 1946 , Huffington Post, interview met Eleanor Kolchin door Bianca Bosker, 25 februari 2013 [ lokaal gearchiveerde artikeltekst ].
• " De interne memo waardoor IBM's vrouwelijke werknemers konden trouwen ", The Atlantic , 4 februari 2013 [ lokaal gearchiveerde artikeltekst ].
• Association for Computing Machinery Committee on Women, 2014 National Center for Women and Information Technology Pioneer Award (Facebook, 21 mei 2014, zelfde foto als bijschrift: "Eleanor Kolchin, ontvanger van de NCWIT 2014 Pioneer Award. Ze was een computer! Op 88, de enige persoon in de kamer (vermoed ik) die daadwerkelijk met plugboards heeft geprogrammeerd. )
• 2014 NCWIT Eleanor Kolchin Pioneer Award (video van toespraak door Krawitz-Kolchin).
• Eleanor Kolchin Profile, NCWIT Boca West Special Interest Club (2014) [ lokaal gearchiveerde artikeltekst ].

 

Vertalingen: 2013-2019 [ Over vertalingen ]   Laatste update: 28 april 2020

Frank da Cruz / fdc@columbia.edu / Columbia University Computing History / nov 2003