HET WATSON WETENSCHAPPELIJK REKEN LABORATORIUM:

 

Een centrum voor wetenschappelijk

onderzoek met gebruik van rekenmachines

 

Mevr. Eleanor Krawtiz

Tabellen Beheerder

Watson Wetenschappelijk Reken Laboratorium

 

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

 

Columbia Bouwkundig Magazine, November 1949

 

TIJDENS de laatste jaren zijn er grote stappen gemaakt in allerlei velden van wetenschappelijk onderzoek, en een grote factor in deze vooruitgang was het uitgebreide gebruik van automatische gegevensverwerking en apparatuur. Hedendaagse berekeningen worden automatisch gedaan in laboratoria door het hele land. De ontwikkeling van deze geautomatiseerde laboratoria is bijzonder interessant voor de studenten van Columbia sinds de eersten op de Universiteit werden geïnstalleerd. Het Columbia Universiteit Statistisch Bureau werd opgezet in de late jaren ’20 voor het gebruik van docenten en statistici. Het Astronomisch Bureau, gecreëerd in 1934 onder leiding van Dr. W. J. Eckert en gezamenlijk bediend door Columbia Universiteit, de Amerikaanse Astronomische Gemeenschap en de Internationale Zaken Machines Corporatie, dat functioneerde als een non-profit organisatie waar astronomen van over de hele wereld terecht konden om hun berekeningen te doen. In 1945 creëerde IBM de Afdeling van Pure Wetenschap, stelde Dr. Eckert aan als directeur en stichtte de Watson Wetenschappelijk Reken Laboratorium op de Universiteitscampus.

 

Het voornaamste doel van het Watson Laboratorium is onderzoek doen in verschillende takken van de wetenschap, met name die waar wiskunde en numerieke berekeningen in voorkomen. De diensten van het laboratorium worden kosteloos geboden aan iedere wetenschapper of student bezig met onderzoek dat een significante bijdrage levert aan de vooruitgang in de velden der wetenschap, en welke rekenmachines nodig hebben om dat doel te behalen. Elk jaar worden twee Watson Laboratorium beurzen in toegepaste wiskunde toegekend aan studenten wiens studie of onderzoek berekeningen op grote schaal bedragen. Het personeel biedt instructiecursussen in hun veld van interesse aan onder toezicht van verschillende afdelingen van de Universiteit. Cursussen voor afstudeerstudenten bevatten de bediening van de machines en numerieke methoden; academische punten voor de cursussen kunnen verkregen worden door op de gebruikelijke manier bij de Universiteit te registreren. Speciale lessen in het bedienen van de machines worden regelmatig gegeven aan professionals, bezoekende wetenschappers van over de hele wereld en afstudeerstudenten die werken aan hun Doctorale graad. Een andere extra functie van het Watson Laboratorium is de verspreiding van technische informatie betreffende de wiskundige machine methoden en de wiskundige tabellen; een uitgebreide bibliotheek met betrekking tot deze onderwerpen is beschikbaar.

 

Onderzoek is succesvol afgerond in vele velden van wetenschap in het laboratorium door leden van het personeel en bezoekende wetenschappers. Het volgende is een gedeeltelijke lijst van afgeronde projecten of projecten die nog in ontwikkeling zijn:

 

  • Astronomie: integratie van banen van planeten en asteroïden,
  • Geofysica: volgen van paden van geluidsgolven onder water voor verschillende diepten en richtingen,
  • Optica: berekeningen die de methode van straalopsporing bevatten,
  • Chemie: berekening van kwantummechanische resonantie-energieën van aromatische verbindingen,
  • Bouwkunde: het bouwen van tabellen voor veren en tandwielen en spanningsberekeningen in verband met aardbevingslasten,
  • Economie: schattingen van bepaalde coëfficiënten in de vergelijkingen van economische modellen, gebruikmakend van matrixvermenigvuldigingen en inversie,
  • Fysica: berekeningen van calcium overschrijdende mogelijkheden,
  • Kristallografie: evaluatie van een Fouriertransformatie voor de constructie van insuline.

 

Het laboratorium behoudt een brede variëteit van zowel digitale als analoge machines; de digitale machine is er een die voornamelijk telt, terwijl de analoge machine fysieke metingen maakt. Deze rekenmachines zijn ontworpen om problemen op te lossen in de meest doelmatige manier en om verschillende methoden van oplossingen te vergelijken om te bepalen welke het meest efficiënt is.

 

De meeste machines lezen en schrijven door middel van een ponskaart die middelen van automatische omgang met data verstrekt. De kaarten kunnen vervolgens verwerkt worden door iedere soort rekenmachine en kunnen elke gewenste opeenvolging van operaties erop uitvoeren. Het voornaamste voordeel van de ponskaarten techniek is dat een groot aantal van gelijkwaardige operaties kunnen worden uitgevoerd. Nadat de initiële waarden in de kaart gedrukt zijn, is de machinale procedure automatisch. Het drukken kan plaatsvinden in ieder van de tachtig kolommen van de kaart. Elke kolom is onderverdeeld in twaalf onderscheidende posities, die de gehele getallen 0 tot en met 9 representeren, evenals twee speciale posities gerefereerd als X en Y. De X-positie wordt over het algemeen gebruikt om een speciale operatie of een negatief getal te onderscheiden. Letters van het alfabet worden opgenomen door twee ponsen in een kolom, een combinatie van een X, Y of 0, samen met een van de gehele getallen 1 tot 9.

 

Figuur 1. Tabelleer Kaart die de 12 pons posities en combinaties van ponsen om letters aan te geven laat zien.

 

In alle machines is het principe van het kaartlezen hetzelfde. De gaten worden in de kaarten geslagen en gelezen door middel van elektrische contacten die door de gaten gemaakt worden. De kaart, die dient als een isolator, gaat tussen een draadborstel en een messingrol heen (zie figuur 2).

 

Een gat die in een kaart biedt de mogelijkheid om de borstel en de rol contact met elkaar te maken, waardoor een elektrisch circuit wordt voltooid; de elektrische impuls wordt mogelijk 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 bestuurd door de richting van deze impulsen op het bedieningspaneel, en als resultaat van de flexibiliteit van dit bedieningspaneel kan een groot aantal operaties worden uitgevoerd. Een groot percentage van de problemen die men tegenkomt in numerieke berekeningen kan effectief behandeld worden op de standaard IBM-machines. De eerste stappen in de aanpak van deze problemen is om de originele data naar de taal van de rekenmachines te vertalen. Daarmee wordt bedoeld om ze op te nemen in de vorm van de ponsen in de standaard kaarten. Dit is de functie van de Kaartponser. De gewenste informatie wordt op de kaart gekopieerd door de ponsen op de machine overeenkomstig met de juist kolom in te drukken. Deze kaarten mogen ofwel handmatig ofwel automatisch aan de Kaartponser gevoerd worden. Nadat elke kolom geponst is, gaat de kaart automatisch verder naar de volgende ponspositie. De numerieke ponsen hebben veertien toetsen; een voor ieder van de twaalf ponsposities, een spatiebalk en en uitwerptoets. De alfabetische ponsen hebben een toetenbord die automatisch twee ponsen slaat per kolom. Doordat ze gecodeerd zijn door de Kaartponser, zijn de kaarten klaar voor doorgang door elk van de andere machines die nodig zijn voor de oplossing van het probleem.

 

De sorteerder wordt gebruikt om ponskaarten in iedere gewenste numerieke of alfabetische volgorde te rangschikken afhankelijk van de informatie die erop staat weergegeven. De kaarten die moeten worden gesorteerd kunnen gevoed worden van een reservoir aan een enkele borstel die de geselecteerde kolom leest en elke kaart in de juiste van de dertien beschikbare plaatsen sorteert. Er is een plaats voor ieder van de twaalf ponsposities en een voor lege kolommen. Bij een succesvolle sortering worden de kaarten in elke gewenste rangschikking geplaatst. De machine, die met een snelheid van 450 kaarten per minuut loopt, is uitgerust met een teller om het recordaantal kaarten bij te houden.

 

De Alfabetische Vertolker is ontworpen om numerieke of alfabetische informatie inde aart te vertalen naar gedrukte figuren op een van de twee regels bovenaan de kaart. Daardoor kan de ponskaart makkelijker gelezen worden en kan de kaart zowel als bestandskaart als in de machines gebruikt worden.

 

De Boekhoudmachine is een hoge snelheidsmachine voor toevoegen en printen. Het leest data van een kaart, voegt toe en trekt af en drukt de informatie van de kaarten of de totaalwaarde af op een vel papier. De machine sorteert alfabetische of numerieke data met de snelheid van tachtig kaarten per minuut of brengt zoveel als tachtig cijfers van een totaal van 150 kaarten per minuut bijeen.

 

De Reproductie Pons transcribeert alle of sommige delen van de data geponst in een set kaarten op een nieuwe set kaarten, of kopieert data van een meesterkaart naar een groep van detailkaarten. De pons heeft een vergelijkende eenheid die twee series van data vergelijkt en wijst op iedere onenigheid tussen de twee. De machine kan gebruikt worden als een Samenvattingsponser om op een nieuwe kaart de aantallen vast te leggen die door de Boekhoudmachine zijn vastgesteld.

De Vergaarmachine voert een aantal van de functies van de Sorteerder uit in een meer efficiënte manier. Het archiveert twee series van kaarten tezamen, selecteert bepaalde kaarten in ieder van de vier selectieplaatsen, sorteert twee series van kaarten samen overeenkomstig met een controlenummer en controleert de volgorde van een set kaarten. De machine is erg flexibel en staat de behandeling van kaarten volgens een gecompliceerd patroon met betrekking tot de vergelijking van twee controle nummers toe. Kaarten kunnen door de Vergaarmachine gaan met een snelheid van 240 tot 480 kaarten per minuut.

 

 

De Elektronische Pons Berekenaar is een hoge snelheidsmachine die elektronische circuits gebruikt om alle algemene operaties mee uit te voeren. Het telt op, trekt af, vermenigvuldigt en deelt de nummers die op een kaart zijn opgegeven en ponst de antwoorden op dezelfde kaart of een opvolgende kaart. Het voert deze operaties repeterend uit en in iedere volgorde in een fractie van een seconde. De Pons Berekenaar leest factoren die geponst zijn op een kaart en voert toevoegingen, aftrekkingen, vermenigvuldigingen en verdelingen uit, in ieder gewenste volgorde. Aparte resultaten kunnen geponst worden voor ieder type berekening, of de resultaten kunnen worden opgeslagen en gebruikt als een factor voor de volgende berekening. Deze machine heeft acht volgordeverschillen van een elf-cijferige functie berekend en vele ingewikkelde formules met grote getalen van operaties.

 

Naast de standaard machines die hierboven beschreven worden, heeft het laboratorium ook een aantal speciaal ontworpen rekenmachines die functioneren door middel van een relais van netwerken en elektronische circuits. Hier onder staat een korte beschrijving van deze speciale machines.

 

De Relais Berekenaar voert alle algemene aritmische operaties uit, inclusief de bepaling van de wortels door een gecompliceerd relais netwerk. De extreme flexibiliteit van deze rekenmachine is te danken aan zijn grote interne geheugen, zijn snelheid in het uitvoeren van berekeningen, zijn mogelijkheid om tegelijkertijd vier kaarten te lezen en een vijfde te ponsen en zijn capaciteit voor het functioneren onder een extensief en gevarieerd programma. De machine is uitgerust met een verzamelcircuit om opzoektabellen te faciliteren. Een groot aantal gecompliceerde problemen zijn opgelost door middel van een Relais Berekenaar, waaronder de vermenigvuldiging van harmonische series, vermenigvuldiging van matrixen en zesde rangorde differentiaalvergelijkingen.

 

De Kaart-Bestuurde Volgorde Berekenaar bestaat uit een Boekhoudmachine die data leest, toevoegt, aftrekt en opslaat, een Samenvattingsponser die uiteindelijke waarden ponst, een relais doos om flexibiliteit in controle van de operatie te verzorgen en een eenheid die vermenigvuldigingen en verdelingen uitvoert. De operaties van de andere rekenmachines zijn gewoonlijk geprogrammeerd door de bedrading op het bedieningspaneel, terwijl deze machine in feite een algemeen bedieningspaneel heeft en wordt bestuurd door gecodeerde ponsen in de kaart. Deze rekenmachine bewijst vooral bedreven te zijn in het berekenen van banen van asteroïden.

 

De Lineaire Vergelijkingen Oplosser is een elektrisch apparaat om gelijktijdig lineaire vergelijkingen tot en met de twaalfde serie op te lossen. Nadat de coëfficiënten van de vergelijkingen op een schijf, schakelaars of ponskaarten zijn geïnstalleerd worden de verschillende variabelen aangepast tot er een oplossing is verkregen. De methode van oplossingen is er een die enorm snelle convergentie geeft. Deze machine was gebouwd in het laboratorium door Mr. Robert M. Walker, een van onze personeelsleden, en Professor Francis J. Murray van de wiskunde afdeling van de Universiteit.

 

De Kaart Gecontroleerde Meet en Opname Machine is voornamelijk ontworpen voor het meten van astronomische foto’s, hoewel het gebruikt kan worden voor foto’s in ieder veld. Een fotografische plaat van een deel van de lucht waarin de ster in kwestie wordt weergegeven wordt in de machine gevoerd tezamen met een ponskaart die de geschatte coördinaten van de ster aangeeft. De machine leest vervolgens automatisch de ponskaart, lokaliseert de ster op de fotografische plaat met behulp van deze geschatte coördinaten, meet de exacte positie en legt zijn metingen vast op een kaart. De ponskaart is dan beschikbaar voor wiskundige behandeling.

 

Sinds het begin van het Astronomische Bureau in 1934 werden verschillende andere ponskaart laboratoria opgezet door industrie en overheid. Deze laboratoria werkten tijdens de oorlogsjaren een essentiële rol in het nationale verdedigingsprogramma. In deze groep was het Ballistisch Onderzoek Laboratorium in Aberdeen, Maryland en Dahlgren, Virginia. In dezelfde categorie was er het V.S. Marine Observatorium welke astronomische tabellen bereidde voor het gebruik in lucht- en zee navigatie, astronomie en landmeetkunde. In de industrie wordt aangenomen dat reken laboratoria een prominente rol speelden in zowel pure als toegepast wetenschappelijk onderzoek. Ponskaarttechnieken dienden bijvoorbeeld in de oplossing van problemen betrokken bij de stress- en spanningsanalyse van vliegtuigstructuren en de vibratie analyse van grote machines.

 

Een illustratie van de toepassing van ponskaartapparaten in problemen in de industrie komen voor in het ontwerp en de constructie van schepen, waarbij het nodig is om de exacte locaties van een groot aantal punten van het oppervlak te specificeren. De ontwerper kan dit bereiken door verschillende dwarsdoorsneden van de romp te overwegen en die de omtrek van elk van deze secties vertegenwoordigen met een polynoom van, bijvoorbeeld, de vijfde graad (zie figuur 3).

 

Figuur 3. Dwarsdoorsnede van de romp

 Deze waarden van de constanten, a0, …, a5, in de vergelijken zullen variëren met iedere genomen sectie, vanwege de kromming van de oppervlakte in de lengterichting. Daarom is het vaartuig verdeeld in 200 dwarsdoorsneden en is het noodzakelijk om 100 punten voor iedere kant van de romp voor elke dwarsdoorsnede vast te leggen, de polynoom zou dan 20.000 keer geëvalueerd moeten worden. Het gebruik van de ponskaartentechniek in de oplossing van dit probleem vertaald een extreem lastige taak tot een die automatisch berekend wordt door een machine nadat de originele planning is voltooid.

 

Mevrouw Eleanor Krawitz, die de onderscheiding houdt als de eerste vrouwelijke auteur voor bijdragen aan het COLUMBIA BOUWKUNDIG MAGAZINE, kan opscheppen over vele andere belangrijke prestaties. Ze studeerde in 1943 af van Brooklyns Samuel I. Tilden High School, waar ze lid was van de academische honoraire gemeenschap “Arista”. Op Brooklyn College was ze de penningmeester van Pi Mu Epsilon, een honoraire wiskundige gemeenschap, tot ze haar B.A. in Wiskunde in 1947 behaalde. Vervolgens werkte ze als vervangend lerares aan de Midwood High School en in haar Alma Mater, Tilden High, maar zette al snel haar carrière als middelbare school lerares opzij om haar masters graad in wiskunde aan Columbia te behalen.

Vandaag de dag is Mevrouw Krawitz Toezichthouder aan het I.B.M. Thomas J. Watson Reken Laboratorium aan de Columbia Universiteit. Ze geeft niet alleen Astronomie lessen aan de afstudeerschool voor het gebruik van de computers, maar ze is ook bezig met het opzetten van procedures voor het berekenen van problemen in fysica, wiskunde en astronomie.

Mede mogelijk gemaakt door: Eleanor Krawitz Kolchin, november 2003.

Gescand en omgezet tot HTML: Zaterdag 22 november 17:06:54 2003

 

Door dezelfde auteur:

  • Krawitz, Eleanor, “Punched Card Mathematical Tables on Standard IBM Equipment”, Proceedings, Industrial Computation Seminar, IBM, New York (Sep 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 (Sep 1950), pp.66.70
  • Green, Louis C., Nancy E. Weber, and 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 (May 1951), pp.690-696.

Links (Updated 31 juli 2017):

Eleanor Kolchin Profile, NCWIT Boca West Special Interest Club (2014) [locally archived article text].