Krawitz

O LABORATÓRIO DE COMPUTAÇÃO CIENTÍFICA DA WATSON:
Um centro de pesquisa científica
Pesquisa usando máquinas de calcular

Miss Eleanor Krawitz
Supervisor Tabular
Laboratório de Computação Científica Watson

Columbia Engineering Quarterly, novembro de 1949

Nos últimos anos, grandes avanços foram feitos em todos os campos da pesquisa científica, e um fator importante nesse avanço tem sido o uso extensivo de métodos e equipamentos automáticos de computação. Hoje os cálculos são realizados automaticamente em laboratórios de todo o país. O desenvolvimento desses laboratórios de computação é de particular interesse para os estudantes da Columbia desde que os primeiros foram estabelecidos aqui na Universidade. O Departamento de Estatística da Universidade de Columbia foi criado no final dos anos vinte para o uso de educadores e estatísticos. O Astronomical Bureau, criado em 1934, dirigido pelo Dr. WJ Eckert, e operado conjuntamente pela Columbia University, American Astronomical Society e International Business Machines Corporation, funcionava como uma organização sem fins lucrativos, na qual astrônomos de todo o mundo poderiam vir a ter seus cálculos executados. Em 1945, a IBM criou um Departamento de Ciência Pura, nomeou o Dr. Eckert como diretor e fundou o Laboratório de Computação Científica Watson no campus da Universidade.

O principal objetivo do Laboratório Watson é a pesquisa nos vários ramos da ciência, especialmente aqueles que envolvem matemática aplicada e cálculo numérico. Os serviços do laboratório são oferecidos gratuitamente a qualquer cientista ou estudante de pós-graduação envolvido em pesquisa que faça uma contribuição significativa para o progresso nos campos da ciência, e que use máquinas de calcular para alcançar esse objetivo. A cada ano, duas bolsas do Laboratório Watson em matemática aplicada são concedidas a estudantes cujo estudo ou pesquisa envolva cálculos em larga escala. Os membros da equipe oferecem cursos de instrução em sua área de interesse sob os auspícios de diferentes departamentos da Universidade. Cursos para estudantes de pós-graduação incluem a operação e uso das máquinas e métodos numéricos; O crédito acadêmico para os cursos pode ser obtido registrando-se na universidade da maneira usual. Aulas especiais na operação das máquinas são dadas em intervalos regulares a profissionais, cientistas visitantes de todo o mundo e estudantes de pós-graduação trabalhando para seus doutorados. Uma função adicional do Laboratório Watson é a disseminação de informações técnicas sobre métodos matemáticos de máquinas e tabelas matemáticas; uma biblioteca abrangente cobrindo esses assuntos está disponível.

A pesquisa foi concluída com sucesso em muitos campos da ciência no laboratório por membros da equipe e cientistas visitantes. A seguir, uma lista parcial de projetos concluídos ou em andamento:

  • Astronomia: integração de órbitas de planetas e asteróides,
  • Geofísica: traçado de caminhos de ondas sonoras submersas em várias profundidades e direções,
  • Óptica: cálculos que incorporam o método de traçado de raios,
  • Química: computação de energias de ressonância quântica de compostos aromáticos,
  • Engenharia: construção de tabelas de Mola e Engrenagem e cálculos de tensão de computação associados a cargas sísmicas,
  • Economia: estimativas de determinados coeficientes nas equações de modelos econômicos, usando multiplicação e inversão de matrizes,
  • Física: cálculos de probabilidades de transição de cálcio,
  • Cristalografia: avaliação de uma transformada de Fourier para a estrutura da insulina.

O laboratório mantém uma ampla variedade de máquinas do tipo digital e analógico; a máquina digital é aquela que essencialmente conta, enquanto a máquina analógica faz medições físicas. Essas calculadoras são projetadas para resolver problemas da maneira mais conveniente e comparar diferentes métodos de solução para determinar o mais eficiente.

A maioria das máquinas lê e grava através do uso do cartão perfurado que fornece um meio de manipular dados automaticamente. Os cartões podem assim ser processados ​​através de qualquer série de calculadoras e ter qualquer seqüência desejada de operações realizadas neles. A principal vantagem da técnica do cartão perfurado é que um grande número de operações semelhantes pode ser realizado em quantidade. Depois de perfurar os valores iniciais nas cartas, o procedimento da máquina é automático. A perfuração pode ocorrer em qualquer uma das oitenta colunas do cartão. Cada coluna é subdividida em doze posições distintas, representando os números inteiros de 0 a 9, bem como duas posições especiais de punção referidas como X e Y. A punção X é usada principalmente para designar uma operação especial ou um número negativo. As letras do alfabeto são gravadas por dois punches em uma coluna, uma combinação de um X, Y ou 0, com qualquer um dos números inteiros 1 a 9 (veja a figura 1).


Figura 1. Tabulação de Tabuleiro mostrando 12 posições de punção e combinações de punções para indicar letras.

Em todas as máquinas, o princípio de ler o cartão é o mesmo. Os furos são perfurados nos cartões e são lidos por meio de contatos elétricos feitos através dos furos. O cartão, atuando como um isolante, passa entre uma escova de aço e um rolo de latão (veja a fig. 2).

Um orifício perfurado no cartão permite que a escova e o rolo façam contato, completando assim um circuito elétrico; o impulso elétrico é disponibilizado em um painel de controle conectável, e o tempo do impulso é determinado pela posição do furo no cartão. Todas as funções da máquina são controladas pela direção desses impulsos no painel de controle e, como resultado da flexibilidade desse painel, um grande número de operações pode ser executado. Uma grande porcentagem dos problemas encontrados na computação numérica pode ser manipulada eficientemente nas máquinas IBM padrão. O primeiro passo na abordagem desses problemas é traduzir os dados originais para a linguagem das calculadoras. Isto é, registrá-lo na forma de furos em cartões padrão. Esta é a função do Key Punch. A informação desejada é transcrita no cartão, pressionando as teclas na máquina de acordo com a coluna apropriada. Esses cartões podem ser alimentados no Key Punch de forma manual ou automática. À medida que cada coluna é perfurada, a placa avança automaticamente para a próxima pbsição de punção. Os perfuradores numéricos têm catorze chaves; uma para cada uma das doze posições de perfuração, uma tecla de espaço e uma chave de ejeção de cartão. Os socos alfabéticos têm, além disso, um teclado de máquina de escrever que perfura automaticamente dois furos por coluna. Tendo sido codificados pelo Key Punch, os cartões estão prontos para passar por qualquer uma das outras máquinas necessárias para a solução do problema.

O Classificador é usado para organizar cartões perfurados em qualquer ordem numérica ou alfabética desejada, dependendo das informações contidas neles. As cartas a serem classificadas são alimentadas a partir de uma tremonha para um único pincel, que lê a coluna selecionada e classifica cada carta no próprio dos treze bolsos disponíveis. Existe um bolso para cada uma das doze posições de perfuração e uma para as colunas em branco. Por sucessivas ordenações, as cartas são organizadas em qualquer ordem desejada. A máquina, que opera a uma velocidade de 450 cartões por minuto, é equipada com um contador para registrar o número de cartões que passam.

O Interpretador Alfabético foi projetado para traduzir as informações numéricas ou alfabéticas no cartão em números impressos em uma das duas linhas na parte superior do cartão. Assim, o cartão perfurado é mais facilmente lido e pode ser usado como cartão de arquivo, bem como nas máquinas.

A Máquina Contábil é uma máquina de adição e impressão de alta velocidade. Ele lê dados de um cartão, adiciona e subtrai-os a contadores e imprime em uma folha de papel informações dos cartões ou totais dos contadores. A máquina lista dados alfabéticos ou numéricos a uma taxa de 80 cartões por minuto ou acumula até 80 dígitos dos totais em 150 cartões por minuto.

O Reproducing Punch transcreve toda ou qualquer parte dos dados perfurados em um conjunto de cartões em outro conjunto, ou copia dados de um cartão mestre em um grupo de cartões de detalhes. O punção tem uma unidade de comparação que compara os dois conjuntos de dados e indica qualquer desacordo entre os dois. A máquina pode ser adaptada para uso como um Punch de resumo para gravar em um novo cartão quantidades que foram acumuladas na máquina de contabilidade.

O Collator executa algumas das funções do Classificador de uma maneira mais eficiente. Ele arquiva dois conjuntos de cartões juntos, seleciona cartões particulares em qualquer um dos quatro bolsos de seleção, combina dois conjuntos de cartões de acordo com um número de controle e verifica a seqüência de um conjunto de cartões. A máquina é muito flexível e permite o manuseio de cartões de acordo com um padrão complicado envolvendo a comparação de dois números de controle. Os cartões podem passar pelo Collator a uma taxa de 240 a 480 por minuto.

O Electronic Calculating Punch é uma máquina de alta velocidade que utiliza circuitos eletrônicos para realizar todas as operações básicas. Ele adiciona, subtrai, multiplica e divide os números inseridos em um cartão e envia as respostas no mesmo cartão ou em um subseqüente. Ele realiza essas operações repetidamente e em qualquer ordem em uma fração de segundo. O Punção Calculadora lê os fatores perfurados em uma carta e realiza acréscimos, subtrações, multiplicações e divisões, em qualquer ordem desejada. Resultados separados podem ser perfurados para cada tipo de cálculo, ou os resultados podem ser armazenados e usados ​​como um fator para os cálculos seguintes. Esta máquina calculou diferenças de oitava ordem de uma função de onze dígitos e muitas equações complicadas envolvendo um grande número de operações.

Além das máquinas padrão descritas acima, existem no laboratório um número de calculadoras especialmente projetadas que operam por meio de redes de relés e circuitos eletrônicos. Abaixo está uma breve descrição dessas máquinas especiais.

A Calculadora de Relé executa todas as operações aritméticas básicas, incluindo a determinação de raízes quadradas através de uma complicada rede de retransmissão. A extrema flexibilidade desta calculadora é devido à sua grande memória interna, sua velocidade na realização de cálculos, sua capacidade de ler simultaneamente quatro cartões e perfurar um quinto, e sua capacidade de operar sob um extenso e variado programa. A máquina está equipada com um circuito de intercalação para facilitar as operações de consulta de mesa. Um grande número de problemas complicados foi resolvido em uma calculadora de relés, incluindo multiplicação de séries harmônicas, multiplicação de matrizes e equações diferenciais de sexta ordem.

A Calculadora de Seqüência Operada por Cartão consiste em uma Máquina de Contabilidade que lê, adiciona, subtrai e armazena os dados, um Punção de Resumo que perfura os valores finais, uma caixa de relé para fornecer flexibilidade de controle das operações e uma unidade que executa multiplicações e divisões. As operações das outras calculadoras são geralmente programadas através da fiação no painel de controle, enquanto esta máquina possui basicamente um painel de controle básico configurado e é governado por punções codificadas no cartão. Esta calculadora provou ser particularmente competente na computação de órbitas de asteróides.

O Solucionador de Equações Lineares é um dispositivo elétrico para a solução de equações lineares simultâneas até e incluindo a décima segunda ordem. Após os coeficientes das equações terem sido configurados em mostradores, chaves ou cartões perfurados, as diferentes variáveis ​​são ajustadas até que uma solução seja obtida. O método da solução é aquele que dá uma convergência muito rápida. Essa máquina foi construída no laboratório pelo Sr. Robert M. Walker, membro de nossa equipe, e pelo professor Francis J. Murray, do departamento de matemática da Universidade.

A máquina de gravação e medição controlada por cartão foi projetada principalmente para a medição de fotografias astronômicas, embora possa ser facilmente aplicada a fotografias em qualquer campo. Uma chapa fotográfica de uma parte do céu que inclui a estrela em questão é introduzida na máquina juntamente com um cartão perfurado indicando as coordenadas aproximadas da estrela. A máquina então lê automaticamente o cartão perfurado, localiza a estrela na chapa fotográfica a partir dessas coordenadas aproximadas, mede com precisão sua posição e grava essa medida em um cartão. O registro do cartão perfurado é então disponibilizado para tratamento matemático.

Desde o início do Bureau Astronômico em 1934, vários outros laboratórios de cartões perfurados foram estabelecidos em toda a indústria e governo. Esses laboratórios em operação durante os anos de guerra desempenharam um papel crítico em nosso programa de defesa nacional. Nesse grupo estavam os Laboratórios de Pesquisa Balística de Aberdeen, Maryland, e Dahlgren, na Virgínia. Nesta mesma categoria foi o Observatório Naval dos EUA que preparou tabelas astronômicas para uso em navegação aérea e marítima, astronomia e levantamentos. Na indústria, os laboratórios de computação assumiram um papel proeminente na pesquisa científica pura e aplicada. Técnicas de cartões perfurados têm sido empregadas, por exemplo, na solução de problemas relacionados com a análise de tensão e deformação de estruturas de aeronaves e a análise de vibrações de grandes máquinas.

Uma ilustração da aplicação de equipamentos de cartões perfurados em problemas de indústria surge no projeto e construção de navios, onde é necessário especificar as localizações exatas de um grande número de pontos na superfície. O projetista pode realizar isso considerando várias seções transversais através do casco e representando o contorno de cada uma dessas seções por um polinômio de, digamos, o quinto grau (veja a fig. 3).

Os valores das constantes, a0,…, a5, na equação irão variar com cada seção tirada, por causa da curvatura da superfície na direção longitudinal. Portanto, se o vaso for dividido em 200 seções transversais, e é necessário determinar 100 pontos em cada lado do casco para cada seção transversal, o polinômio teria que ser avaliado 20.000 vezes. O uso de equipamentos de cartões perfurados na solução deste problema traduz um trabalho extremamente complicado em um que é automaticamente calculado pela máquina após o planejamento original ser concluído.

Eleanor Krawitz, que detém a distinção de ser a primeira autora feminina a contribuir para o QUARTERLY COLUMBIA ENGENHARIA, pode gabar-se de muitas outras realizações notáveis. Ela se formou em 1943, na Escola de Ensino Médio Samuel I. Tilden, no Brooklyn, onde foi membro da sociedade honorária “Arista”.

No Brooklyn College, ela foi tesoureira de Pi Mu Epsilon, sociedade honorária de matemática, até que ela recebeu seu B.A. em Matemática em 1947. Ela então trabalhou como professora substituta na Midwood High School e em sua Alma Mater, Tilden High, mas logo deixou de lado sua carreira de professora para cursar o mestrado em matemática na Columbia.

Hoje, Miss Krawitz é supervisor de tabulação no I.B.M. Laboratório de Computação Thomas J. Watson na Universidade de Columbia. Ela não está apenas instruindo as aulas de Astronomia na Escola de Pós-Graduação sobre o funcionamento dos computadores, mas também está empenhada na criação de procedimentos para o cálculo de problemas em física, matemática e astronomia.

Eleanor Krawitz Kolchin faleceu na sexta-feira, 25 de janeiro de 2019, aos 92 anos de idade em Boca Raton, Flórida. Ela ficou encantada com a atenção que recebeu no final da vida, devido à publicação deste artigo na Internet em 2003 e à sua tradução em muitas línguas. Suas últimas palavras para mim (em outubro de 2018) foram “Quase tudo não está funcionando aqui. Oooooo”.

Contribuído por: Eleanor Krawitz Kolchin, novembro de 2003.
Escaneado e convertido para HTML: sab 22 nov 17:06:54 2003
Convertido em HTML5: Sábado Fev 23 08:52:56 2019

Também pelo autor:

  • Krawitz, Eleanor, “Tabelas matemáticas de cartões perfurados em equipamentos IBM padrão”, Proceedings, Industrial Computation Seminar, IBM, Nova York (setembro de 1950), pp.52-56.
  • Krawitz, Eleanor, “Matriz por multiplicação de vetores no IBM tipo 602-A calculando soco”, Proceedings, Industrial Computation Seminar, IBM, Nova York (setembro de 1950), pp.66-70.
  • Green, Louis C., Nancy E. Weber e Eleanor Krawitz, “O Uso de Energias Calculadas e Observadas na Computação das Forças do Oscilador e a Regra f-Soma”, Astrophysical Journal, Vol.113 No.3 (maio de 1951), pp.690-696.
  • Green, Louis C., Marjorie M. Mulder, Paul C. Milner, Margaret N. Lewis, John W. Woll, Jr., Eleanor K. Kolchin e David Mace, “Análise da Função de Três Parâmetros de Ondas de Hylleraas para O Estado do Estado em termos de Funções de Ondas de Campo Central “, Physical Review 96, 319, 15 de outubro de 1954.
  • Green, Louis C., Satoshi Matsushima, Cynthia Stephens, Eleanor K. Kolchin, Majorie M. Kohler, Wang Yenking, Barbara B. Baldwin e Robert J. Wisner, “Efeito sobre a energia de maior flexibilidade no fator separável de Hylleraas Tipo de Funções de Onda Atômica de H para O VII “, Physical Review 112, 1187, 15 de novembro de 1958.
  • Green, Louis C .; Matsushima, Satoshi; Kolchin, Eleanor K., “Tabelas das Funções de Ondas Contínuas para Hidrogênio”, Astrophysical Journal Supplement, vol. 3 de novembro de 1958, p.459.
  • Green, Louis C., Cynthia Stephens, Eleanor K. Kolchin, et al., “Ele I Ground-State Wave Função da Forma ψ = f (r1) f (r2) g (r12)”, Journal of Chemical Physics 30 1061 (1959).
  • Green, Louis C., Eleanor K. Kolchin, Norma C. Johnson, “Funções de Onda para os Estados Excitados do Hélio Neutro”, Physical Review 139 (2A): 363-378, julho de 1965.
  • Green, Louis C., Eleanor K. Kolchin, “Superfies de densidade equivalente em binios estreitamente rotativos construos em modelo politrpico? = 3”, Astrophysics and Space Science, Issue 2, Abril de 1973, pp.285-288.

Links (atualizado em 31 de julho de 2017):

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