WATSON SCIENTIFIC COMPUTER LABORATORY:

Centrum vědeckého výzkumu

Výzkum používající výpočetní stroje

Slečno Eleanor Krawitz

Tabulování supervizora

Watson Scientific Computing Laboratory

Columbia Engineering Quarterly, listopad 1949

Během posledních let se ve všech oblastech vědeckého výzkumu uskutečnily velké pokroky a hlavním faktorem tohoto pokroku bylo rozsáhlé využívání automatických výpočetních metod a vybavení. Dnešní výpočty se provádějí automaticky v laboratořích v celé zemi. Vývoj těchto výpočetních laboratoří je zvláště zajímavý pro studenty Columbie, odkud byly nejdříve založeny zde na univerzitě. Statistická kancelář Kolumbijské univerzity byla založena na konci dvacátých let pro použití pedagogů a statistiků. Astronomický úřad, který byl založen v roce 1934 a řídil Dr. WJ Eckert a provozoval společně Columbia University, Americká astronomická společnost a International Business Machines Corporation, fungovala jako nezisková organizace, kde by astronomové z celého světa mohli přijít provádějí jejich výpočty. V roce 1945 společnost IBM vytvořila oddělení čisté vědy, jmenovala Dr. Eckerta za svého ředitele a založila Watson Scientific Computing Laboratory na univerzitním kampusu.

 

Primárním účelem laboratoře Watson je výzkum v různých oborech vědy, zejména těch, které se týkají aplikované matematiky a numerického výpočtu. Služby laboratoře jsou nabízeny bezplatně všem vědeckým nebo postgraduálním studentům zabývajícím se výzkumem, který významně přispívá k pokroku v oblasti vědy a který využívá výpočetních strojů k dosažení tohoto cíle. Každý rok jsou uděleny dvě Watsonovy laboratoře v aplikované matematice studentům, jejichž studium nebo výzkum zahrnuje rozsáhlé výpočty. Zaměstnanci nabízejí kurzy výuky ve své oblasti zájmu pod záštitou různých oddělení univerzity. Kurzy pro absolventy zahrnují provoz a používání strojů a numerické metody; akademický kredit pro kurzy lze získat registrováním na univerzitě obvyklým způsobem. Zvláštní třídy v provozu strojů jsou vydávány v pravidelných intervalech profesionálním lidem, návštěvníkům vědců z celého světa a absolventům studentů, kteří pracují pro své doktorské tituly. Další funkcí laboratoře Watson je šíření technických informací týkajících se matematických strojních metod a matematických tabulek; je k dispozici rozsáhlá knihovna zahrnující tyto předměty.

 

Výzkum byl úspěšně dokončen v mnoha oblastech vědy v laboratoři členy personálu a hostujícími vědci. Následuje částečný seznam dokončených nebo probíhajících projektů:

 

Laboratoř udržuje širokou škálu digitálních i analogových typů strojů; digitální stroj je ten, který se v podstatě počítá, zatímco analogový stroj provádí fyzická měření. Tyto kalkulačky jsou navrženy tak, aby co nejrychleji řešily problémy a porovnávaly různé metody řešení s cílem určit nejúčinnější řešení.

Většina strojů čte a zapisuje pomocí razicí karty, která poskytuje prostředky pro automatické zpracování dat. Karty tak mohou být zpracovány prostřednictvím libovolné řady kalkulaček a mají na nich požadovanou sekvenci operací. Hlavní výhodou techniky děrovaných karet je, že velké množství podobných operací může být provedeno v množství. Po vyrazení počátečních hodnot na karty je procedura stroje automaticky. Děrování může probíhat v libovolném osmdesátých sloupcích karty. Každý sloupec je rozdělen na dvanáct odlišných pozic, které reprezentují celá čísla 0 až 9, stejně jako dvě speciální pozice pro děrování označované jako X a Y. X razník se používá hlavně k označení zvláštní operace nebo záporného čísla. Písmena abecedy jsou zaznamenávána dvěma razítky ve sloupci, kombinací X, Y nebo 0 s libovolným číslem 1 až 9 (viz obr. 1).

Obrázek 1. Tabulka kartiček zobrazující 12 děrovacích poloh a kombinací razníků pro označení písmen.

Ve všech strojích je princip čtení karty stejný. Otvory jsou vtlačeny do karet a jsou čteny pomocí elektrických kontaktů, které jsou provedeny přes otvory. Karta, která působí jako izolátor, prochází mezi drátěným kartáčem a mosazným válečkem (viz obr. 2).

Otvory v kartě umožňují kontaktu štětce a válečku a dokončení elektrického obvodu; elektrický impuls je dostupný na připojitelném ovládacím panelu a časování impulsu je určeno umístěním otvoru na kartě. Všechny funkce stroje jsou řízeny směrem těchto impulsů na ovládacím panelu a díky flexibilitě tohoto panelu lze provádět velké množství operací. Velké procento problémů, které se vyskytují v číselném výpočtu, lze efektivně zpracovat na standardních počítačích IBM. Prvním krokem v přístupu k těmto problémům je překládat původní údaje do jazyka kalkulaček. To znamená, že je zaznamenáváno v podobě děrovaných děr na standardních kartách. To je funkce Key Punch. Požadované informace se přepíšou na kartu stisknutím kláves na stroji v souladu s příslušným sloupcem. Tyto karty mohou být přeneseny do tlačítek klíčů buď ručně nebo automaticky. Jakmile je každý sloupec vysekán, karta se automaticky posune na další děrování. Číselné úderníky mají čtrnáct klíče; jeden pro každou z dvanácti děrovacích pozic, mezerník a klíč vysunutí karty. Abecední razidla mají kromě toho klávesnici psacího stroje, která automaticky vyrazí dva otvory na sloupec. Po jejich kódování klíčem Punch jsou karty připraveny k průchodu některým z ostatních strojů potřebných k řešení problému.

Sorter se používá k uspořádání děrovaných karet v libovolném číselném nebo abecedním pořadí podle informací o nich. Karty, které mají být roztříděny, jsou podávány z násypky na jediný kartáč, který čte vybraný sloupec a třídí každou kartu do správné jedné z třinácti dostupných kapes. K dispozici je kapsa pro každou z dvanácti děrovacích poloh a jednu pro prázdné sloupce. Po sobě jdoucích třídění jsou karty uspořádány v libovolném pořadí. Stroj, který pracuje rychlostí 450 karet za minutu, je vybaven počítadlem pro zaznamenání počtu průchozích karet.

 

Abecední tlumočník je určen k překladu číselných nebo abecedních informací na kartě do tištěných čísel na jednom z dvou řádků v horní části karty. Děrovaná karta je proto snadněji čitelná a může být použita jako karta, stejně jako v strojích.

 

Účetní stroj je vysokorychlostní stroj pro přidávání a tisk. Čte data z karty, přidává a odečítá je do čítačů a tiskne na list papírových informací z karet nebo součtů z čítačů. Stroj uvádí abecední nebo číselná data v poměru osmdesát karet za minutu nebo akumuluje až osmdesát čísel součtů za 150 karet za minutu.

 

Reprodukční punč přepíše celou nebo jakoukoli část dat vyrazenou na jednu sadu karet do jiné sady nebo kopíruje data z jedné hlavní karty do skupiny detailních karet. Úder má porovnávací jednotku, která porovnává dvě sady dat a označuje jakýkoliv nesouhlas mezi oběma daty. Stroj může být přizpůsoben pro použití jako souhrnný výstřižek, aby zaznamenal na nové kartě částky, které byly nahromaděny v účetním stroji.

 

Collator provádí některé funkce funkce Sorter efektivněji. Soustřeďuje dohromady dvě sady karet, vybírá konkrétní karty v libovolné ze čtyř volných kapes, odpovídá dvěma sadám karet podle kontrolního čísla a kontroluje pořadí sady karet. Stroj je velmi flexibilní a umožňuje manipulaci s kartami podle komplikovaného vzoru zahrnujícího porovnání dvou kontrolních čísel. Karty mohou procházet složkovačem rychlostí 240 až 480 za minutu.

Elektronická kalkulačka je vysokorychlostní stroj, který využívá elektronické obvody pro provádění všech základních operací. Přidává, odečte, vynásobí a rozděluje čísla, která jsou do karty vložena na kartu, a dává odpovědi na stejnou nebo následnou kartu. Tyto operace provádí opakovaně a v libovolném pořadí za zlomek sekundy. Kalkulační punč čte faktory vyrazené na kartě a provádí doplňky, odčítání, násobení a dělení v libovolném pořadí. Samostatné výsledky mohou být pro každý typ výpočtu vyvrtány nebo výsledky mohou být uloženy a použity jako faktor pro následující výpočty. Tento stroj vypočítá osmiřádkové rozdíly jedenáctiměňové funkce a mnoho komplikovaných rovnic zahrnujících velké množství operací.

 

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

 

Kalkulačka relé provádí všechny základní aritmetické operace, včetně určení čtvercových kořenů prostřednictvím komplikované sítě relé. Extrémní flexibilita této kalkulačky je způsobena velkou vnitřní pamětí, rychlostí při výpočtu, schopností číst současně čtyři karty a dělat pětinu a její kapacita pro provoz v rozsáhlém a pestrém programu. Stroj je vybaven sběracím obvodem, který usnadňuje prohlížení stolů. Velké množství komplikovaných problémů bylo řešeno na reléové kalkulaci včetně násobení harmonických řad, násobení matic a diferenciálních rovnic šestého řádu.

 

Kalkulačka sekvenčních operací se skládá z účetního počítače, který čte, přidává, odečítá a ukládá data, souhrnný děrování, které vyděluje konečné hodnoty, reléové pole, které zajišťuje flexibilitu ovládání operací a jednotku, která provádí násobení a dělení. Operace ostatních kalkulaček jsou obvykle naprogramovány prostřednictvím kabeláže na ovládacím panelu, zatímco toto zařízení má v podstatě jeden základní ovládací panel a je řízen kódovanými razítky na kartě. Tato kalkulačka se osvědčila zvláště při výpočtu oběžných drah asteroidů.

 

Řešitel Lineární rovnice je elektrické zařízení pro řešení simultánních lineárních rovnic až do dvanáctého řádu včetně. Po nastavení koeficientů rovnic na číselnicích, přepínačích nebo děrovaných kartách jsou různé proměnné upraveny, dokud není dosaženo řešení. Způsob řešení je ten, který dává velmi rychlou konvergenci. Tento stroj byl postaven v laboratoři členem našeho personálu panem Robertem M. Walkerem a profesorem Francisem J. Murrayem z matematického oddělení univerzity.

 

Karta-řízený měřicí a záznamový stroj je určen především pro měření astronomických fotografií, ačkoli to může být snadno aplikováno na fotografie v jakémkoli poli. Fotografická deska z části oblohy, která obsahuje předmětnou hvězdu, je do stroje vkládána společně s razicí kartou, která udává přibližné souřadnice hvězdy. Stroj poté automaticky přečte razítkovou kartu, umístí hvězdu na fotografickou desku z těchto přibližných souřadnic, přesně změří její polohu a zaznamená toto měření na kartu. Pro matematickou léčbu je potom k dispozici záznam o děrovaných kartách.

 

Od založení Astronomického úřadu v roce 1934 bylo v průmyslu a vládě zřízeno několik bodů z jiných vyvrtaných karetních laboratoří. Ty laboratoře, které fungovaly během války, hrály v našem národním obranném programu rozhodující úlohu. V této skupině byly balistické výzkumné laboratoře v Aberdeenu, Marylandu a Dahlgrenu ve Virginii. V téže kategorii byla US Naval Observatory, která připravila astronomické stoly pro použití v letecké a námořní navigaci, astronomii a průzkumu. V průmyslu, výpočetní laboratoře převzaly významnou roli v čistém i aplikovaném vědeckém výzkumu. Techniky děrovaných karet se používají například při řešení problémů týkajících se analýzy napětí a deformace konstrukcí letadel a vibrační analýzy velkých strojů.

 

Ilustrace aplikace zařízení děrovací karty v průmyslových problémech vzniká při konstrukci a konstrukci lodí, kde je třeba specifikovat přesné umístění velkého počtu bodů na povrchu. Návrhář to může dosáhnout tím, že zváží různé průřezy skrze trup a představuje obrys každého z těchto úseků polynomem, např. Pátého stupně (viz obr. 3).

Hodnoty konstant, a0, ..., a5, v rovnici se budou měnit s každým provedeným úsekem kvůli zakřivení povrchu v podélném směru. Proto je-li nádoba rozdělena na 200 průřezů a je nutné stanovit 100 bodů na každé straně trupu pro každý průřez, polynom bude muset být vyhodnocen 20 000krát. Použití vybavení dierovaných karet při řešení tohoto problému přeměňuje mimořádně těžkopádnou práci na jednu, která je automaticky vypočtena strojem po dokončení původního plánování.

Slečna Eleanor Krawitzová, která má za to, že je prvním ženským autorem, který přispívá ke čtvrtletí COLUMBIA ENGINEERING, se může pochlubit řadou dalších pozoruhodných úspěchů. V roce 1943 absolvovala Brooklynskou střední školu Samuela I. Tildena, kde byla členkou scholastické čestné společnosti "Arista". Na Brooklynské vysoké škole byla pokladnicí Pi Mu Epsilon, čestné matematické společnosti, dokud ji nedostala B.A. v matematice v roce 1947. Poté pracovala jako náhradní učitelka v Midwood High School a její Alma Mater, Tilden High, ale brzy odložila vysokoškolskou učitelskou kariéru, aby získala titul M.A. v matematice na Columbii.

Dnes je slečna Krawitzová vedoucí tabulky v laboratoři I.B. Thomas J. Watson Computing Laboratory na Columbia University. Nejen, že vyučuje kurzy astronomie na Graduate School o provozu počítačů, ale také se zabývá nastavením postupů pro výpočet problémů ve fyzice, matematice a astronomii.

Příspěvek: Eleanor Krawitz Kolchin, listopad 2003.
Naskenované a převedené na HTML: So 22. listopadu 17:06:54 2003

Také autor:

Odkazy (aktualizováno 31. července 2017):

Subscribe for Password Reminder!

Contact Us

Password Generator | Generador de contraseñas | ولد كلمة السر | Générateur de mot de passe | Passwortgenerator
Gerador de senhas | 密码生成器 | Wachtwoord generator | パスワードジェネレータ | Генератор паролей | Generatore di password
Şifre Oluşturucu | Generátor hesel | Password Generator | 암호 생성기 | Parole ģenerators