Miss Eleanor Krawitz

IL LABORATORIO DI COMPUTAZIONE SCIENTIFICA WATSON:
Un Centro per la Ricerca
Scientifica tramite l’Uso di Calcolatori

Miss Eleanor Krawitz
Supervisore di Tabulazione
Laboratorio Di Computazione Scientifica Watson:

Trimestrale del Dipartimento di Ingegneria Columbia, Novembre 1949

NEL CORSO degli anni recenti sono stati fatti grandi progressi in tutti i campi della ricerca scientifica e un fattore importante in tutto questo è stato l’uso estensivo di metodi e attrezzature di calcolo automatico. Oggi i calcoli sono automaticamente sviluppati in laboratori sparsi per tutto il paese. Lo sviluppo di questi laboratori di calcolo è di particolare interesse per gli studenti della Columbia, perché i primi furono installati proprio in questa università. Il Dipartimento di Statistica dell’Università di Columbia è stato inaugurato alla fine degli anni venti per l’utilizzo da parte di educatori e statistici. Il Dipartimento di Astronomia, creato nel 1934 e diretto dal Dr. W. J. Eckert, opera in congiunzione con l’Università di Columbia, la Società Americana Astronomica e la Compagnia di Macchine per Commercio, funzionando come organizzazione no profit, dove gli astronomi di tutto il mondo possono fare i propri calcoli. Nel 1945 IBM ha creato il Dipartimento di Scienze Pure, assegnando al Dr. Eckert il titolo di direttore e fondando il Laboratorio Di Computazione Scientifica Watson direttamente nel campus dell’Università.

Lo scopo principale del Laboratorio Watson è quello della ricerca negli svariati rami di scienza, specialmente quelli che girano attorno alla matematica applicata e ai calcoli numerici. I servizi del laboratorio sono offerti gratuitamente agli scienziati e agli studenti diplomati che devono fare ricerca in aree che posso portare al progresso dei campi di scienza corrispondenti, usando macchine per calcolare i risultati necessari. Ogni anno due borse di studio nella matematica applicata vengono assegnate da parte del Laboratorio Watson agli studenti che studiano o fanno ricerca su larga scala sulla computazione. I membri dello staff offrono corsi di istruzione sulle proprie materie di interesse, sotto l’auspicio di diversi dipartimenti dell’Università. I corsi per gli studenti diplomati includono operazioni e uso di macchine, così come metodi numerici; crediti accademici per i corsi possono essere ottenuti registrandosi all’Università nella solita maniera. Dei corsi speciali nell’uso delle macchine vengono dati a intervalli regolari per professionisti del settore, scienziati che vengono da tutto il mondo e studenti diplomati che lavorano per il proprio dottorato di ricerca. Una funzione aggiuntiva del Laboratorio Watson è quella di disseminare informazioni tecniche a riguardo di metodi per macchine matematiche e tavole matematiche; una collezione completa di questi argomenti è disponibile.

Alcune ricerche sono state completate con successo nei tanti campi di scienza del laboratorio da membri dello staff e da scienziati che visitano da lontano. La seguente è una lista di progetti completati o in corso:

  • Astronomia: integrazione di orbite dei pianeti e degli asteroidi,
  • Geofisica: tracciamento dei percorsi delle onde audio sotto acqua a diverse profondità e in diverse direzioni,
  • Ottica: calcoli a riguardo del metodo di tracciamento a raggi,
  • Chimica: computazione di energie di risonanza meccanica quantica di composti aromatici,
  • Ingegneria: costruzione di tavole per Molle, Ingranaggi e calcoli computazionali sotto stress per testare carichi da terremoto,
  • Economia: stima di alcuni coefficienti nelle equazioni di modelli economici, usando moltiplicazione di matrici e inversione,
  • Fisica: calcolo delle probabilità transitorie di calcio,
  • Cristallografia: valutazione delle Trasformate di Fourier per la struttura dell’insulina.

Il laboratorio possiede una grande varietà di macchine di tipo analogico e digitale; le macchine digitali sono essenzialmente delle calcolatrici, mentre quelle analogiche fanno misure fisiche. Questi calcolatori sono stati creati per risolvere problemi in maniera veloce e per comparare diversi metodi di soluzione, determinando il più efficace.

La maggior parte delle macchine leggono e scrivono su schede perforate, il che fornisce un modo di trasferire dati automaticamente. Le schede possono poi essere processate attraverso diversi calcolatori e si potranno effettuare svariati tipi di calcoli su ognunga di esse. Il vantaggio primario della tecnica con schede perforate è che un gran numero di operazioni simili possono essere sviluppate allo stesso tempo. Dopo aver perforato i valori iniziali sulle schede, la procedura di macchina è automatica. La perforazione può essere effettuata tramite una di ottanta colonne presenti sulle schede. Ogni colonna è suddivisa in dodici posizioni distinte che rappresentano numeri interi dallo 0 al 9, così come due posizioni speciali aggiuntive che rappresentano le X e le Y. Le perforazioni X sono generalmente utilizzate per specificare un’operazione speciale o un numero negativo. Le lettere dell’alfabeto sono stampate grazie a due perforazioni in colonna, con una combinazione di X, Y, o 0 e con uno degli interi da 1 a 9 (vedere fig. 1).

Figura 1. Scheda di tabulazione che mostra 12 posizioni e combinazioni di perforatura per indicare le lettere.

In tutte le macchine, il principio della lettura di schede rimane lo stesso. I buchi sono creati nelle schede e sono poi letti per mezzo di contatti elettrici che attraversano i buchi. Le schede agiscono da isolante, passando attraverso una spazzola metallica e un rullo in ottone (vedere fig. 2).

Un buco creato nella scheda permetta alla spazzola e al rullo di entrare in contatto, completando così il circuito elettrico; gli impulsi elettrici sono resi disponibili su un pannello di controllo che può essere attaccato alla corrente e il tempismo dell’impulso è determinato dalla posizione del buco sulla scheda. Tutte le funzioni della macchina sono governate dalla direzione di questi impulsi sul pannello di controllo e, grazie alla flessibilità di questo pannello, un gran numero di operazioni può essere condotto allo stesso tempo. Una percentuale grande di problemi incontrati nella computazione numerica può essere gestita in modo efficiente grazie alle macchine standard IBM. I primi passi nell’approccio a questi problemi sono quelli di saper tradurre i dati originali nel linguaggio dei calcolatori. Ovvero, bisogna saper registrare i dati attraverso i buchi delle schede standard. Questa è la funzione del Key Punch. Le informazioni desiderate saranno poi trascritte sulle schede attraverso una depressione delle chiavi sulla macchina in linea con la colonna appropriata. Queste carte possono essere inserite nel Key Punch sia manualmente che automaticamente. Ogni qualvolta che una colonna viene perforata, la scheda avanza automaticamente fino alla posizione di perforazione successiva. Le perforatrici numeriche hanno quattordici chiavi; una per ognuna delle dodici posizioni, una chiave spazio e una chiave per espellere la scheda. Le perforatrici alfabetiche possiedono inoltre una tastiera che perfora automaticamente due buchi per colonna. Essendo state codificate dal Key Punch, le schede sono poi pronte per passare attraverso una qualsiasi delle altre macchine richieste per la soluzione al problema.

Il Selezionatore è utilizzato per organizzare le schede perforate in un qualsiasi ordine numerico o alfabetico desiderato, secondo le informazioni mostrate. Le schede da organizzare sono inserite attraverso una tramoggia, proseguendo verso la singola spazzola, che leggerà la colonna selezionata e organizzerà ogni scheda in una “tasca”, fra le tredici disponibili. Vi è una tasca per ognuna delle dodici posizioni di perforazione ed una per ogni colonna vuota. Per gli smistamenti successivi, le schede sono organizzate in un qualsiasi ordine desiderato. La macchina, che opera ad una velocità di 450 schede al minuto, è equipaggiata con un contatore che registra il numero di carte che passano.

L’Interprete Alfabetico è pensato per tradurre l’informazione numerica o quella alfabetica sulle schede tramite figure stampate su una delle due linee in cima alle stesse. Quindi, le schede perforate saranno più semplici da leggere e potranno essere usate come documenti, attraversando le macchine.

La Macchina Contabile è una macchina di stampa e di addizione ad alta velocità. Questa macchina legge i dati delle schede, aggiunge e sottrae dal contatore, stampando su di un foglio di carta informazioni provenienti dalle schede o il totale dei contatori. La macchina elenca dati alfabetici e dati numerici ad una velocità di otto schede al minuto o accumula fino a ottanta cifre alla velocità di 150 carte al minuto.

La Perforatrice Riproducente trascrive tutte o alcune delle parti dei dati perforati su di una serie di schede, trasferendole su di una seconda serie o copiando i dati da una carta “maestra” e trasferendoli su di un gruppo di schede dettagliate. La perforatrice ha un’unità comparatrice che mette in comparazione due serie di dati e indica un qualsiasi disaccordo fra le due. La macchina può essere adattata all’uso di Perforatrice Sommaria, che registra su di una nuova scheda quantità che sono state accumulate nella Macchina Contabile.

Il Raccoglitore esegue alcune delle funzioni dell’Organizzatore in maniera più efficiente. Questi organizza due serie di schede assieme, selezionando schede particolari in una qualsiasi delle quattro tasche di selezione, accoppiando due serie di schede seguendo il loro numero di controllo e controllando la sequenza di una serie di schede. La macchina è molto flessibile e permette di organizzare le schede attraverso uno schema complicato che comprende la comparazione di due numeri di controllo. Le schede possono passare attraverso il Raccoglitore ad una velocità che va dalle 240 alle 480 carte al minuto.

La Calcolatrice Perforatrice Elettronica è una macchina ad alta velocità che utilizza circuiti elettronici per eseguire operazioni di base. Questa esegue addizioni, sottrazioni, moltiplicazioni e divisioni con numeri che vengono inseriti grazie ad una scheda e perfora la risposta sulla stessa carta o su quella successiva. Inoltre, questa macchina esegue operazioni ripetitivamente e in un qualsiasi ordine, in una frazione di secondo. La Calcolatrice Perforatrice legge i fattori perforati sulla scheda ed esegue addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione in un qualsiasi ordine. Risultati separati saranno poi perforati per ogni tipo di calcolo, oppure i risultati potranno essere immagazzinati e usati come fattori per computazioni seguenti. Questa macchina ha calcolato differenze dell’ottavo ordine di una funzione a undici cifre e altre equazioni complicate che richiedono un gran numero di operazioni.

Oltre alle macchine standard descritte sopra, vi sono nel nostro laboratorio un numero di calcolatrici speciali pensate per eseguire operazioni di circuiti elettrici e reti di relè. Al di sotto troverete una breve descrizione di quese speciali macchine.

La Calcolatrice di Relè esegue operazioni aritmetiche di base, incluse la determinazione di radici quadrate, attraverso una complessa rete di relè. L’estrema flessibilità di questa calcolatrice è dovuta alla sua ampia memoria interna, alla sua velocità nelle computazioni, all’abiltà nel leggere simultaneamente quattro schede, perforandone una quinta e alla capacità di operare sotto svariati programmi piuttosto intensi. La macchina è equipaggiata con un circuito collante per facilitare le operazioni di tablatura. Molti problemi piuttosto complicati sono stati risolti grazie alla Calcolatrice di Relè, specialmente la moltiplicazione di serie armoniche, la moltiplicazione di matrici e equazioni differenziali del sesto ordine.

La Calcolatrice Sequenziale A Schede consiste in una Macchina Contabile che legge, aggiunge, sottrae e immagazzina dati, una Perforatrice Sommaria che imprime i valori finali, una scatola di relè che provvede alla flessibilità del controllo delle operazioni e un’unità che esegue moltiplicazioni e divisioni. Le operazioni delle altre calcolatrici sono generalmente programmate attraverso i fili del pannello di controllo, mentre questa macchina ha essenzialmente un pannello di controllo basico integrato e organizzato in maniera da poter perforare le schede. Questa calcolatrice ha dimostrato di essere particolarmente adatta per la computazione delle orbite degli asteroidi.

Il Risolutore di Equazioni Lineari è un dispositivo elettronico per la risoluzione di equazioni lineari fino all’ordine dodicesimo. Dopo che i coefficienti delle equazioni sono stati impostati tramite le manopole, gli interruttori o le schede perforate, le diverse variabili sono aggiustate fino a che non viene trovata una soluzione. Il metodo di soluzione è un metodo di convergenza rapida. Questa macchina è stata costruita nel laboratorio da Mr. Robert M. Walker, un membro del nostro staff e dal Prof. Francis J. Murray del dipartimento di matematica dell’Università.

La Macchina di Misurazione e Registrazione a Carte è stata pensata principalmente per la misurazione delle fotografie astronomiche, anche se può essere applicata a fotografie in qualsiasi campo. Un piatto fotografico di una porzione di cielo con la stella da esaminare viene inserito nella macchina, assieme ad una scheda che indica le coordinate approssimative della stella. La macchina procederà poi a leggere automaticamente la scheda perforata e a localizzare la stella sul piatto fotografico, grazie alle coordinate approssimative, misurando accuratamente la sua posizione e registrando la misura sulla scheda. Il registro della scheda perforata è poi reso disponibile tramite trattamento matematico.

Fin dalla creazione del Dipartimento di Astronomia nel 1934, svariati altri laboratori di schede perforate sono stati introdotti fra industria e governo. Questi laboratori, che hanno operato in tempi di guerra, hanno giocato un ruolo chiave nel programma di difesa nazionale. In questo gruppo vi era il Laboratorio di Ricerca Balistica ad Aberdeen, in Maryland e a Dahlgren, in Virginia. In questa stessa categoria si trovava l’Osservatorio Navale degli Stati Uniti che preparò tavole astronomiche per uso aereo, navigazione via mare, astronomia e sondaggi. Nell’industria, i laboratori di computazione avevano assunto un ruolo prominente sia nella ricerca scientifica pura, che in quella applicata. Tecniche di schede perforate sono state impiegate per esempio come soluzione ai problemi riguardanti l’analisi delle strutture di alcuni velivoli sotto stress strutturale e per analisi di vibrazioni di grandi macchinari.

Un esempio dell’applicazione dell’attrezzatura per schede perforate per problemi industriali sorge nel design e nella costruzione di navi, dove è necessario specificare la posizione esatta di un gran numero di punti sulla superficie. Il progettista può portare a termine questo tipo di lavoro prendendo in considerazione svariate sezioni incrociate attraverso lo scafo ed evidenziando il contorno di ogni sezione con un polinomio per esempio del quinto grado (vedere fig. 3).

Figura 3. Sezione Incrociata Attraverso la Nave

I valori delle costanti a0, …, a5, nell’equazione devono variare nel rispetto di ogni sezione presa in considerazione per le curvature della superficie in direzione longitudinale. Quindi, se la nave fosse divisa in 200 sezioni incrociate e fosse necessario determinare 100 punti su ogni lato dello scafo per ogni sezione, il polinomio dovrebbe essere valutato 20000 volte. L’uso di attrezzature per schede perforate nella soluzione di questo problema ha fatto diventare un lavoro estremamente macchinoso un lavoro automaticamente computerizzato dalle macchine, una volta completato il progetto originale.

Miss Eleanor Krawitz, che detiene la distinzione per essere stata la prima donna autrice ad aver contribuito al TRIMESTRALE INGEGNERISTICO DEL COLUMBIA, può vantarsi di molti altri titoli notevoli. Si diplomò nel 1943 alla Scuola Superiore Tilden di Brooklin, dove fu membro della società onoraria scolastica “Arista”. Al College di Brooklyn divenne Tesoriere di Pi Mu Epsilon, società Matematica onoraria, finché non ricevette la laurea in Matematica nel 1947. Poi lavorò come professoressa sostitutiva nella Scuola Superiore Midwood e per il suo Alma Mater, Tilden High, ma mise da parte per un breve tempo la sua carriera da professoressa per ottenere la sua laurea magistrale in Matematica al Columbia.

Oggi, Miss Krawitz è Supervisore di Tabulazione al Laboratorio di Computazione I.B.M. Thomas J. Watson dell’Università di Columbia. Non solo sta insegnando corsi di Astronomia nella scuola per laureati sull’utilizzo dei computer, ma si è anche posta l’obiettivo di preparare delle procedure per la computazione di problemi di fisica, matematica e astronomia.

Contribuito da: Eleanor Krawitz Kolchin, Novembre 2003.
Digitalizzato e convertito in HTML: 17:06:54 Sabato, 22 Novembre 2003

Altri articoli dell’Autore:

  • Krawitz, Eleanor, “Punched Card Mathematical Tables on Standard IBM Equipment”, Risultati, Seminario di Computazione Industriale, IBM, New York (Settembre 1950), pp.52-56.
  • Krawitz, Eleanor, “Matrix by Vector Multiplication on the IBM Type 602-A Calculating Punch”, Risultati, Seminario di Computazione Industriale, IBM, New York (Settembre 1950), pp.66.70
  • Green, Louis C., Nancy E. Weber e Eleanor Krawitz, “The Use of Calculated and Observed Energies in the Computation of Oscillator Strengths and the f-Sum Rule” Giornale Astrofisico, Vol.113 Numero 3 (Maggio 1951), pp.690-696.

Collegamenti (Aggiornato il 31 Luglio 2017):

Traduzioni di questa pagina per gentile concessione di…

Frank da Cruz / fdc@columbia.edu / Storia della Computazione dell’Università di Columbia / Novembre 2003 / Traduzioni: 2013-2018 / Ultimo aggiornamento: 18 Agosto 2018

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