Krawitz - German

DER WATSON SCIENTIFIC COMPUTING LABOR:

Ein Zentrum für Wissenschaftliche
Forschung mit Rechenmaschinen

Fräulein Eleanor Krawitz
Tabellarisierend Supervisor
Watson Scientific Computing Labor

Columbia Engineering Vierteljährlich, November 1949

In den letzten Jahren wurde in allen Bereichen der wissenschaftlichen Forschung gearbeitet, und ein wesentlicher Faktor für diesen Fortschritt war der umfangreiche Einsatz von automatischen Rechenmethoden und -geräten. Die heutigen Berechnungen werden automatisch in Laboratorien im ganzen Land durchgeführt. Die Entwicklung dieser Computerlabore gehört zu den besten Interessen der Universität. Die Columbia University Statistical Bureau wurde in den späten Zwanzigern für den Einsatz von Pädagogen und Statistikern gegründet. Das 1934 von Dr. WJ Eckert ins Leben gerufene Astronomische Büro wurde gemeinsam von der Columbia University, der American Astronomical Society und der International Business Machines Corporation betrieben, einer Non-Profit-Organisation, in die Astronomen aus aller Welt kommen konnten Lassen Sie ihre Berechnungen durchführen. 1945 gründete IBM ein Department of Pure Science, ernannte Dr. Eckert zum Direktor und gründete der Watson Scientific Computing Labor auf dem Campus der Universität.

Der primäre Zweck des Watson Labor ist die Forschung in den verschiedenen Zweigen der Wissenschaft, Wissenschaftszweigen, insbesondere im Bereich der angewandten Mathematik und der numerischen Berechnung. Die Dienste des Labors werden unentgeltlich jedem Wissenschaftler oder Doktoranden zur Verfügung gestellt, der in der Forschung tätig ist, die einen wesentlichen Beitrag zum Fortschritt in den wissenschaftlichen Bereichen leistet und Rechenmaschinen einsetzt, um dieses Ziel zu erreichen. Jedes Jahr werden zwei Watson-Labor-Stipendien in angewandter Mathematik an Studenten vergeben, deren Studium oder Forschung umfangreiche Berechnungen beinhaltet. Die Mitarbeiter bieten in ihrem Fachgebiet unter der Schirmherrschaft verschiedener Abteilungen der Universität Kurse an. Kurse für Studenten umfassen den Betrieb und die Verwendung der Maschinen und numerische Methoden; akademische Anerkennung für die Kurse kann durch die Registrierung bei der Universität in der üblichen Weise erhalten werden. In regelmäßigen Abständen erhalten Fachkräfte, Gastwissenschaftler aus der ganzen Welt und Doktorandinnen und Doktoranden spezielle Kurse im Betrieb der Maschinen. Eine zusätzliche Funktion des Watson Laboratory ist die Verbreitung technischer Informationen über mathematische Maschinenmethoden und mathematische Tabellen; Eine umfassende Bibliothek zu diesen Themen steht zur Verfügung.

Die Forschung wurde in vielen Bereichen der Wissenschaft im Labor von Mitarbeitern und Gastwissenschaftlern erfolgreich abgeschlossen. Im Folgenden finden Sie eine unvollständige Liste der abgeschlossenen oder in Bearbeitung befindlichen Projekte:

  • Astronomie: Integration der Umlaufbahnen von Planeten und Asteroiden,
  • Geophysik: Verfolgung von Schallwellenpfaden unter Wasser für verschiedene Tiefen und Richtungen,
  • Optik: Berechnungen mit der Ray-Tracing Methode,
  • Chemie: Berechnung der Quantenmechanische Resonanz Energien von aromatischen Verbindungen,
  • Engineering: Bau von Feder und Gang Tabellen und Computing stress Berechnungen mit Erdbeben Lasten verbunden sind,
  • Wirtschaft: Schätzungen des Koeffizienten, die in den Gleichungen der ökonomischen Modelle, mit Matrix Multiplikation und Inversion,
  • Physik: Berechnungen von Kalzium übergangs Wahrscheinlichkeiten,
  • Kristallographie: Auswertung einer Fourier-Transformation für die Struktur von Insulin.

Das Labor unterhält eine Vielzahl von digitalen und analogen Maschinen; Die digitale Maschine zählt im Wesentlichen, während die analoge Maschine physikalische Messungen vornimmt. Diese Rechner sind so konzipiert, dass sie Probleme auf die zweckmäßigste Art und Weise lösen und verschiedene Lösungsmethoden vergleichen, um die effizienteste zu bestimmen.

Die meisten Maschinen Lesen und Schreiben durch die Verwendung der gestanzten Karte, was eine automatische Handhabung von Daten ermöglicht. Die Karten können somit durch jede Reihe von Rechnern verarbeitet werden und jede gewünschte Folge von Operationen an ihnen ausgeführt werden. Der Hauptvorteil der Lochkarten-Technik besteht darin, dass eine große Anzahl ähnlicher Operationen in der Menge ausgeführt werden kann. Nach dem Ausstanzen der Anfangswerte auf den Karten erfolgt der Maschinenablauf automatisch. Das Stanzen kann in jeder der achtzig Spalten der Karte erfolgen. Jede Spalte ist in zwölf unterschiedliche Positionen unterteilt, die die ganzen Zahlen 0 bis 9 sowie zwei spezielle Stanzpositionen, die als X und Y bezeichnet sind, repräsentieren. Der X-Stempel wird hauptsächlich verwendet, um eine spezielle Operation oder eine negative Zahl zu bezeichnen. Buchstaben des Alphabets werden mit zwei Stempeln in einer Spalte, einer Kombination aus einer X, Y oder 0, mit einer der ganzen Zahlen 1 bis 9 (siehe Abb. 1) aufgezeichnet.

 
Abbildung 1. Tabellarische Karte zeigt 12 Stanzen Positionen und Kombinationen von Stempeln zu Anzeige an Buchstaben.

In allen Maschinen ist das Prinzip des Lesens der Karte das gleiche. Die Löcher sind in die Karten eingestanzt und werden mittels elektrischer Kontakte gelesen, die durch die Löcher gemacht werden. Die Karte, die als Isolator wirkt, läuft zwischen einer Drahtbürste und einer Messingrolle (siehe Abb. 2).

Ein in die Karte gestanztes Loch ermöglicht den Kontakt der Bürste und vervollständigt damit einen elektrischen Stromkreis; Der elektrische Impuls wird auf einem streckbaren Bedienfeld zur Verfügung gestellt, und der Zeitpunkt des Impulses wird durch die Position des Lochs in der Karte bestimmt. Alle Funktionen der Maschine werden durch die Richtung dieser Impulse auf dem Bedienfeld gesteuert, und aufgrund der Flexibilität dieses Bedienfelds kann eine große Anzahl von Operationen ausgeführt werden. Ein großer Prozentsatz der Probleme, die bei numerischen Berechnungen auftreten, kann auf den IBM-Standardmaschinen effizient gehandhabt werden. Der erste Schritt bei diesem Ansatz besteht darin, die Originaldaten in die Sprache der Rechner zu übersetzen. Das heißt, es in Form von gelochten Löchern auf Standardkarten aufzunehmen. Dies ist die Funktion des Key Punch. Die gewünschte Information wird auf die Karte übertragen, indem die Tasten in die entsprechende Spalte gedrückt werden. Diese Karten können manuell oder automatisch in den Key Punch eingegeben werden. Wenn jede Spalte gelocht wird, gewinnt die Karte automatisch bis zur nächsten Stanzposition. Die numerischen Stempel haben vierzehn Tasten; eine für jede der zwölf Stanzpositionen, eine Leertaste und eine Kartenauswurftaste. Die alphabetischen Stempel haben zusätzlich eine Schreibmaschine mit zwei Löchern pro Spalte. Nachdem die Karten durch den Key Punch codiert wurden, sind sie für alle anderen Maschinen bereit, die für die Lösung des Problems benötigt werden.

Die Sortiermaschine wird verwendet, um Lochkarten in irgendeiner gewünschten numerischen oder alphabetischen Reihenfolge anzuordnen, abhängig von der Information auf ihnen. Die zu sortierenden Karten werden von einem Trichter zu einer einzelnen Bürste geführt, die die ausgewählte Spalte liest und jede Karte in die richtige der dreizehn verfügbaren Taschen sortiert. Es gibt eine Tasche für jede der zwölf Stanzpositionen und eine für leere Säulen. Durch aufeinanderfolgende Sortierungen werden die Karten in beliebiger Reihenfolge angeordnet. Die Maschine, die mit einer Geschwindigkeit von 450 Karten pro Minute arbeitet, ist mit einem Zähler ausgestattet, um die Anzahl der durchlaufenden Karten aufzuzeichnen.

Die alphabetische Interpreter ist so konzipiert, um die numerischen oder alphabetischen Informationen in der Karte in gedruckte Zahlen auf einer der beiden Zeilen oben auf der Karte zu übertragen. Somit ist die Lochkarte leichter lesbar und kann sowohl als Karteikarte als auch in den Maschinen verwendet werden.

Die Buchungsmaschine ist eine Hochgeschwindigkeits-Addier- und Druckmaschine. Es liest Daten von einer Karte, fügt sie hinzu und subtrahiert sie in Zähler und druckt auf einem Blatt Papier Informationen aus den Karten oder Summen aus den Zählern. Die Maschine listet alphabetische oder numerische Daten mit einer Geschwindigkeit von achtzig Karten pro Minute auf oder kumuliert bis zu achtzig Ziffern der Gesamtanzahl bei 150 Karten pro Minute.

Die Vervielfältigung Punch überträgt alle oder einen Teil der auf einen Kartensatz gestanzten Daten auf einen anderen Satz oder kopiert Daten von einer Masterkarte auf eine Gruppe von Detailkarten. Der Stempel weist eine Vergleichseinheit auf, die die beiden Datensätze miteinander vergleicht und Abweichungen zwischen den beiden Datensätzen anzeigt. Die Maschine kann zur Verwendung als ein Zusammenfassungsstempel angepasst werden, um auf einer neuen Karte Beträge aufzuzeichnen, die in dem Buchhaltungsgerät gesammelt wurden.

Die Zusammentragmaschine führt einige Funktionen des Sortierers effizienter aus. Es legt zwei Sätze von Karten zusammen, wählt bestimmte Karten in einer von vier Auswahltaschen aus, bringt zwei Sätze von Karten gemäß einer Kontrollnummer zusammen und prüft die Reihenfolge eines Kartensatzes. Die Maschine ist sehr flexibel und erlaubt die Handhabung von Karten nach einem komplizierten Muster, bei dem zwei Kontrollnummern miteinander verglichen werden. Karten können durch die Zusammentragmaschine mit der Rate von 240 auf 480 in der Minute.

Die elektronische Berechnung Punch ist eine Hochgeschwindigkeitsmaschine, die elektronische Schaltungen zur Durchführung aller grundlegenden Operationen verwendet. Es addiert, subtrahiert, multipliziert und teilt die Zahlen, die ihm auf einer Karte zugeführt werden, und stanzt die Antworten auf die gleiche oder eine nachfolgende Karte. Sie führt diese Operationen wiederholt und in beliebiger Reihenfolge in Sekundenbruchteilen durch. Der Rechenlocher liest die auf einer Karte gestanzten Faktoren und führt Additionen, Subtraktionen, Multiplikationen und Divisionen in beliebiger Reihenfolge durch. Getrennte Ergebnisse können für jede Art von Berechnung gelocht werden, oder die Ergebnisse können gespeichert und als ein Faktor für folgende Berechnungen verwendet werden. Diese Maschine hat Differenzen achter Ordnung einer elfstelligen Funktion und vieler komplizierter Gleichungen mit einer großen Anzahl von Operationen berechnet.

Neben den Standard Maschinen oben beschrieben, gibt es im Labor eine Reihe von speziell für Rechner, die mit Hilfe von Relais Netzwerke und elektronische Schaltungen. Im Folgenden finden Sie eine kurze Beschreibung dieser speziellen Maschinen.

Das Relais Rechner führt alle grundlegenden arithmetischen Operationen durch, einschließlich der Bestimmung von Quadratwurzeln durch ein kompliziertes Relay-Netzwerk. Die extreme Flexibilität dieses Rechners beruht auf seinem großen internen Speicher, seiner Geschwindigkeit beim Ausführen von Berechnungen, seiner Fähigkeit, gleichzeitig vier Karten zu lesen und eine fünfte zu schlagen, und seiner Fähigkeit, unter einem umfangreichen und abwechslungsreichen Programm zu arbeiten. Die Maschine ist mit einer Kollationierschaltung ausgestattet, um das Nachschlagen von Tabellen zu erleichtern. Sehr viele komplizierte Probleme wurden auf einem Relay Kalkulator gelöst, einschließlich der Multiplikation von harmonischen Reihen, Multiplikation von Matrizen und Differentialgleichungen sechster Ordnung.

Die Card-Betriebener Sequenz Rechner besteht aus einem Buchhaltungsgerät, das die Daten liest, addiert, subtrahiert und speichert, einem Zusammenfassungs-Punch, der die endgültigen Werte ausgibt, einem Relaiskasten zur flexiblen Steuerung der Operationen und einer ausführenden Einheit Multiplikationen und Divisionen. Die Bedienung der anderen Taschenrechner wird normalerweise durch die Verdrahtung auf dem Steuerpult programmiert, während diese Maschine im wesentlichen ein grundlegendes Steuerpaneel eingerichtet hat und durch codierte Stempel in der Karte geregelt wird. Dieser Rechner hat sich als besonders geschickt bei der Berechnung von Umlaufbahnen von Asteroiden erwiesen.

Die lineare Gleichungslöser ist ein elektrisches Gerät, zur Lösung simultaner linearer Gleichungen bis einschließlich der zwölften Ordnung. Nachdem die Koeffizienten der Gleichungen auf Zifferblättern, Schaltern oder Lochkarten eingerichtet worden sind, werden die verschiedenen Variablen eingestellt, bis eine Lösung erhalten wird. Die Lösungsmethode ist eine, die eine sehr schnelle Konvergenz ergibt. Diese Maschine wurde im Labor von Herrn Robert M. Walker, einem unserer Mitarbeiter, und Professor Francis J. Murray von der Mathematikabteilung der Universität gebaut.

Die Card-Controlled Messmaschine und Aufzeichnende Maschine ist in erster Linie für die Messung von astronomischen Fotografien vorgesehen, obwohl sie leicht auf Fotografien in jedem Gebiet angewendet werden kann. Eine photographische Platte eines Teils des Himmels, der den fraglichen Stern enthält, wird zusammen mit einer Lochkarte, die die ungefähren Koordinaten des Sterns anzeigt, in die Maschine eingeführt. Die Maschine liest dann automatisch die Lochkarte, lokalisiert den Stern auf der Fotoplatte von diesen ungefähren Koordinaten, misst genau ihre Position und zeichnet diese Messung auf einer Karte auf. Der Lochkartensatz steht dann für die mathematische Behandlung zur Verfügung.

Seit der Gründung des Astronomischen Büros im Jahr 1934 wurden mehrere weitere Lochkartenlabore in Industrie und Regierung eingerichtet. Diese Laboratorien, die während der Kriegsjahre in Betrieb waren, spielten eine entscheidende Rolle in unserem nationalen Verteidigungsprogramm. In dieser Gruppe befanden sich die Ballistic Research Laboratories in Aberdeen, Maryland und Dahlgren, Virginia. In dieser Kategorie befand sich auch das US Naval Observatory, das astronomische Tabellen für die Luft- und Seeschifffahrt, Astronomie und Vermessung erstellte. In der Industrie haben Computerlabors eine herausragende Rolle sowohl in der reinen als auch in der angewandten wissenschaftlichen Forschung angenommen. Lochartechniken wurden beispielsweise bei der Lösung von Problemen eingesetzt, die sich auf die Spannungs- und Dehnungsanalyse von Flugzeugstrukturen und die Schwingungsanalyse von großen Maschinen beziehen.

Eine Darstellung der Anwendung von Lochkartengeräten bei Problemen der Industrie ergibt sich bei der Konstruktion und Konstruktion von Schiffen, wo es erforderlich ist, die genauen Positionen einer großen Anzahl von Punkten auf der Oberfläche anzugeben. Der Konstrukteur kann dies erreichen, indem er verschiedene Querschnitte durch den Rumpf betrachtet und den Umriss jedes dieser Abschnitte durch ein Polynom von etwa dem fünften Grad darstellt (siehe 3).

 

Abbildung 3. Querschnitt durch den Behälter

Die Werte der Konstanten a0, ..., A5, in der Gleichung variieren mit jedem genommenen Abschnitt aufgrund der Krümmung der Oberfläche in der Längsrichtung. Wenn daher das Schiff in 200 Querschnitte unterteilt ist und es notwendig ist, 100 Punkte auf jeder Seite des Rumpfes für jeden Querschnitt zu bestimmen, müsste das Polynom 20.000-mal ausgewertet werden. Die Verwendung von Lochkartenausrüstung in der Lösung dieses Problems übersetzt einen äußerst umständlichen Job in einen, der automatisch von der Maschine berechnet wird, nachdem die ursprüngliche Planung abgeschlossen ist.

Miss Eleanor Krawitz, der hält die Auszeichnung als erste weibliche Autorin hat, die zur COLUMBIA ENGINEERING VIERTELJÄHRLICH beiträgt, kann auf eine Reihe anderer bemerkenswerter Leistungen stolz sein. Sie erhielt 1943 ihren Abschluss an den Samuel I. Tilden High School in Brooklyn, wo sie Mitglied der scholastischen Ehrengesellschaft "Arista" war. Am Brooklyn College war sie Schatzmeisterin von Pi Mu Epsilon, ehrenhalber Mathematik-Gesellschaft, bis sie ihre B.A. in Mathematik im Jahr 1947. Sie arbeitete dann als Ersatz Lehrer in Midwood High School und in ihrer Alma Mater, Tilden High, aber kurz beiseite ihre High-School-Lehre Karriere, um ihre M.A. in Mathematik an der Columbia zu nehmen.

Heute Miss Krawitz Tabellier-Supervisor im I. B. M. Thomas J. Watson Computing Laboratory an der Columbia University. Sie unterrichtet nicht nur den Astronomieunterricht in der Graduate School über den Betrieb der Computer, sie bereitet auch Verfahren zur Berechnung von Problemen in Physik, Mathematik und Astronomie.

Beigetragen von: Eleanor Krawitz Kolchin, November 2003.
Gescannt und in HTML konvertiert: Sat Nov 22 17:06:54 2003

Auch vom Autor:

  • Krawitz, Eleanor, "Mathematische Tabellen mit gestanzten Karten auf IBM-Standardausrüstung", Proceedings, Industrial Computation Seminar, IBM, New York (Sep 1950), S. 52-56.
  • Krawitz, Eleanor, "Matrix durch Vektorvervielfachung auf dem IBM-Typ 602-A-Berechnungslocher", Proceedings, Industrial Computation Seminar, IBM, New York (Sep 1950), s. 66.70
  • Green, Louis C., Nancy E. Weber und Eleanor Krawitz, "Die Verwendung von berechneten und beobachteten Energien bei der Berechnung der Oszillatorstärken und der f-Sum-Regel" Astrophysical Journal, Vol.113 No.3 (Mai 1951) , S. 690-696.

Links (Stand 31. Juli 2017):

 

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