Image 1. Carte de tabulation montrant 12 positions de poinçonnage et combinaisons de poinçons pour indiquer des lettres.[/caption]
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Un centre pour la recherche scientifique à l’aide de machines de calcul
Mademoiselle Eleanor Krawitz
Superviseur de tabulation
Laboratoire d’informatique scientifique de Watson
Ingenierie trimestrielle de Columbia, Novembre 1949
Au cours des dernières années, de grands progrès ont été réalisés dans tous les domaines de la recherche scientifique, et un facteur majeur de cette avancée a été l'utilisation intensive de méthodes et d'équipements informatiques automatiques. Les calculs d’aujourd'hui sont effectués automatiquement dans des laboratoires partout dans le pays. Le développement de ces laboratoires informatiques est d’un intérêt particulier pour les étudiants de Columbia puisque depuis que les premiers ont été établis ici à l'Université. Le bureau de statistique de l'Université de Columbia a été établit à la fin des années 20 pour l'utilisation d'éducateurs et de statisticiens. Le Bureau Astronomique, créé en 1934, dirigé par le Dr WJ Eckert et exploité conjointement par l’Université de Columbia, la Société Astronomique Américaine et International Business Machines Corporation, a fonctionné comme une organisation à but non lucratif où les astronomes du monde entier pouvaient venir faire leurs calculs. En 1945, IBM a créé un département de science pure, nommé Dr. Eckert en tant que directeur et fondé le Laboratoire informatique scientifique Watson sur le campus universitaire.
L'objectif principal du Laboratoire Watson est la recherche dans les différentes branches de la science, en particulier celles impliquant des mathématiques appliquées et des calculs numériques. Les services du laboratoire sont offerts gratuitement à tout scientifique ou étudiant diplômé engagé dans des recherches qui apportent une contribution significative au progrès dans le domaine de la science et qui utilise des machines à calculer pour atteindre cette fin. Chaque année, deux bourses du laboratoire Watson en mathématiques appliquées sont attribuées à des étudiants dont l'étude ou la recherche implique des calculs à grande échelle. Les membres du personnel offrent des cours d'enseignement dans leur domaine d'intérêt sous les auspices de différents départements de l'Université. Les cours pour les étudiants diplômés comprennent l'exploitation et l'utilisation des machines, et les méthodes numériques, le crédit universitaire pour les cours peut être obtenu en s'inscrivant à l'Université de la manière habituelle. Des cours spéciaux dans le fonctionnement des machines sont donnés à intervalles réguliers aux professionnels, aux scientifiques invités de partout dans le monde et aux étudiants diplômés qui travaillent pour leurs doctorats. Une fonction supplémentaire du laboratoire Watson est la diffusion d'informations techniques concernant les méthodes de machines mathématiques et les tableaux mathématiques, une bibliothèque complète couvrant ces matières est disponible.
La recherche a été réussie dans de nombreux domaines de la science au laboratoire par des membres du personnel et des scientifiques invités. Voici une liste partielle des projets achevés ou en cours :
Le laboratoire possède une grande variété de machines de type numérique et analogique, la machine numérique compte essentiellement, tandis que la machine analogique effectue des mesures physiques. Ces calculatrices sont conçues pour résoudre les problèmes de la manière la plus expéditive et pour comparer différentes méthodes de solution pour déterminer la plus efficace.
La plupart des machines lisent et écrivent grâce à l'utilisation de la carte perforée qui fournit un moyen de manipuler les données automatiquement. Les cartes peuvent donc être traitées à partir de n'importe quelle série de calculatrices avoir une séquence d'opérations souhaitée effectuée sur elles. L'avantage principal de la technique de la carte perforée est qu'un grand nombre d'opérations similaires peuvent être effectuées en quantité. Après le poinçonnage des valeurs initiales sur les cartes, la procédure de la machine est automatique. Le poinçonnage peut avoir lieu dans l'une des quatre-vingts colonnes de la carte. Chaque colonne est subdivisée en douze positions distinctes, représentant les entiers 0 à 9 ainsi que deux positions spéciales de poinçonnage appelées X et Y. Le poinçon X sert principalement à désigner une opération spéciale ou un nombre négatif. Les lettres de l'alphabet sont enregistrées par deux poinçons dans une colonne, une combinaison de X, Y ou 0, avec l'un des nombres entiers 1 à 9 (voir image 1).
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Image 1. Carte de tabulation montrant 12 positions de poinçonnage et combinaisons de poinçons pour indiquer des lettres.[/caption]
Dans toutes les machines, le principe de lecture de la carte est le même. Les trous sont perforés dans les cartes et sont lus au moyen de contacts électriques réalisés à travers les trous. La carte, agissant comme isolant, passe entre une brosse métallique et un rouleau en laiton (voir image 2).
Un trou perforé dans la carte permet à la brosse et au rouleau de faire contact, complétant ainsi un circuit électrique, l'impulsion électrique est disponible sur un panneau de commande enfichable, et le moment de l'impulsion est déterminé par la position du trou sur la carte. Toutes les fonctions de la machine sont gouvernées par la direction de ces impulsions sur le panneau de commande et, grâce à la flexibilité de ce panneau, un grand nombre d'opérations peuvent être effectuées. Un grand pourcentage des problèmes rencontrés dans le calcul numérique peut être traité efficacement sur les machines IBM standard. La première étape de l'approche de ces problèmes est de traduire les données d'origine dans la langue des calculatrices. C'est-à-dire de l'enregistrer sous la forme de trous perforés sur des cartes standard. C'est la fonction du clavier perforateur. Les informations souhaitées sont transcrites sur la carte en appuyant sur les touches de la machine en fonction de la colonne appropriée. Ces cartes peuvent être introduites dans le clavier perforateur, manuellement ou automatiquement. À mesure que chaque colonne est perforée, la carte avance automatiquement au prochain poinçon. Les poinçons numériques ont quatorze clés, une pour chacune des douze positions de poinçonnage, une clé d'espace et une clé d'éjection de carte. Les poinçons alphabétiques ont en outre un clavier de machine à écrire qui frappe automatiquement deux trous par colonne. Après avoir été codé par le clavier perforateur, les cartes sont alors prêtes à passer par l'une des autres machines nécessaires à la solution du problème.
Le Trieur est utilisé pour organiser les cartes poinçonnées dans n'importe quel ordre numérique ou alphabétique désiré selon les informations sur celles-ci. Les cartes à trier sont alimentées d'une trémie à une seule brosse, qui lit la colonne sélectionnée et classe chaque carte dans la plus appropriée des treize poches disponibles. Il y a une poche pour chacune des douze positions de poinçonnage et une pour les colonnes vierges. Par des triages successifs, les cartes sont organisées dans n'importe quel ordre souhaité. La machine, qui fonctionne à une vitesse de 450 cartes par minute, est équipée d'un compteur pour enregistrer le nombre de cartes qui traversent
L’interprète alphabétique est conçu pour traduire les informations numériques ou alphabétiques dans la carte en figures imprimées sur l'une ou l'autre des deux lignes au sommet de la carte. Ainsi, la carte perforée est plus facile à lire et peut être utilisée comme carte de fichier ainsi que dans les machines.
La machine de comptabilité est une machine d'ajout et d'impression à grande vitesse. Il lit les données d'une carte, les ajoute et les soustrait dans les compteurs, et imprime sur une feuille de papier les informations des cartes ou des totaux des compteurs. La machine liste les données alphabétiques ou numériques au taux de quatre-vingts cartes par minute, ou accumule jusqu'à quatre-vingts chiffres de totaux à 150 cartes par minute
La reproduction du poinçonnage transcrit tout ou partie des données perforées sur un ensemble de cartes sur un autre ensemble, ou copie les données d'une carte maîtresse sur un groupe de cartes de détail. Le poinçon a une unité de comparaison qui compare les deux ensembles de données et indique tout désaccord entre les deux. La machine peut être adaptée pour être utilisée comme un résumé de poinçon pour enregistrer sur les nouveaux montants de carte qui ont été accumulés dans la machine de comptabilité
L’assembleur exécute certaines des fonctions du trieur de manière plus efficace. Il regroupe deux jeux de cartes ensemble, sélectionne des cartes particulières dans l'une des quatre poches de sélection, rencontre deux jeux de cartes selon un numéro de contrôle et vérifie la séquence de l’ensemble de cartes. La machine est très flexible et permet la manutention des cartes selon un modèle compliqué impliquant la comparaison de deux nombres de contrôle. Les cartes peuvent traverser l’assembleur au taux de 240 à 480 par minute.
La calculatrice électronique de poinçons est une machine à grande vitesse qui utilise des circuits électroniques pour effectuer toutes les opérations de base. Elle ajoute, soustrait, multiplie et divise les nombres qui y sont introduits sur une carte, et frappe les réponses sur la même carte ou la suivante. Elle effectue ces opérations de manière répétitive et dans n'importe quel ordre en une fraction de seconde. La calculatrice de poinçons lit les facteurs perforés sur une carte et effectue des additions, des soustractions, des multiplications et des divisions, dans n'importe quel ordre souhaité. Des résultats séparés peuvent être perforés pour chaque type de calcul, ou les résultats peuvent être stockés et utilisés comme facteur pour les calculs suivants. Cette machine a calculé les différences de huitième ordre d'une fonction de onze chiffres et de nombreuses équations compliquées impliquant un grand nombre d'opérations.
En plus des machines standard décrites ci-dessus, il existe au laboratoire un certain nombre de calculatrices spécialement conçues qui fonctionnent au moyen de réseaux de relais et de circuits électroniques. Vous trouverez ci-dessous une brève description de ces machines spéciales
La calculatrice de relais effectue toutes les opérations arithmétiques de base, y compris la détermination des racines carrées à travers un réseau de relais compliqué. La flexibilité extrême de ce calculateur est due à sa grande mémoire interne, à sa vitesse d'exécution des calculs, à sa capacité à lire simultanément quatre cartes et en perforer une cinquième, et sa capacité à fonctionner dans un programme étendu et varié. La machine est équipée d'un circuit de collage pour faciliter les opérations de recherche de table. Un grand nombre de problèmes complexes ont été résolus sur une calculatrice de relais comprenant la multiplication de séries harmoniques, la multiplication de matrices et les équations différentielles de sixième degré.
La calculatrice de séquence à carte consiste en une machine de comptabilité qui lit, additionne, soustrait et stocke les données, un poinçonnage résumé qui frappe les valeurs finales, une boîte de relais pour assurer la flexibilité du contrôle des opérations et une unité qui effectue multiplications et divisions. Les opérations des autres calculatrices sont généralement programmées par le câblage sur le panneau de commande, alors que cette machine a essentiellement un système de contrôle de base configuré et est régie par des poinçons codés dans la carte. Cette calculatrice s'est avérée particulièrement apte à calculer des orbites d'astéroïdes
Le résolveur d’équation linéaire est un dispositif électrique pour la solde d'équations linéaires simultanées jusqu'à et y compris le douzième degré. Une fois que les coefficients des équations ont été configurés sur les cadrans, les interrupteurs ou les cartes perforées, les différentes variables sont ajustées jusqu'à obtention d'une solution. La méthode de solution est celle qui donne une convergence très rapide. Cette machine a été construite au laboratoire par M. Robert M. Walker, membre de notre personnel, et le professeur Francis J. Murray du département de mathématiques de l'Université
La machine de mesure et d'enregistrement contrôlée par carte est conçue principalement pour la mesure de photographies astronomiques, bien qu'elle puisse être facilement appliquée aux photographies dans tous les domaines. Une plaque photographique d'une partie du ciel qui comprend l'étoile en question est introduite dans la machine avec une carte perforée indiquant les coordonnées approximatives de l'étoile. La machine lit automatiquement la carte perforée, localise l'étoile sur la plaque photographique à partir de ces coordonnées approximatives, mesure précisément sa position et enregistre cette mesure sur une carte. L'enregistrement de la carte perforée est alors disponible pour un traitement mathématique.
Depuis la création du Bureau Astronomique en 1934, plusieurs autres laboratoires de cartes perforées ont été créés dans l'industrie et le gouvernement. Ces laboratoires en cours pendant les années de guerre ont joué un rôle essentiel dans notre programme de défense nationale. Dans ce groupe se trouvaient les Laboratoires de recherche balistique à Aberdeen, Maryland et Dahlgren, en Virginie. Dans cette même catégorie se trouvait l'Observatoire naval américain qui a préparé des tables astronomiques pour la navigation aérienne et maritime, l'astronomie et la surveillance. Dans l'industrie, les laboratoires informatiques ont assumé un rôle de premier plan dans la recherche scientifique pure et appliquée. Des techniques de cartes perforées ont été utilisées, par exemple, dans la solution des problèmes liés à l'analyse du stress et de la contrainte des structures d'aéronefs et à l'analyse des vibrations des grandes machines.
Une illustration de l'application de l'équipement de la carte perforée dans les problèmes de l'industrie se pose dans la conception et la construction des navires, où il est nécessaire de spécifier les emplacements exacts d'un grand nombre de points sur la surface. Le concepteur peut accomplir ceci en considérant diverses sections transversales à travers la coque et représentant le contour de chacune de ces sections par un polynôme de, par exemple, le cinquième degré (voir image 3).
Les valeurs des constantes, a0, ..., a5, dans l'équation varieront selon chaque section prise, à cause de la courbure de la surface dans la direction longitudinale. Par conséquent, si le navire est divisé en 200 sections transversales et qu'il est nécessaire de déterminer 100 points de chaque côté de la coque pour chaque section transversale, le polynôme devrait être évalué 20 000 fois. L'utilisation d'un équipement de carte perforée dans la solution de ce problème traduit un travail extrêmement encombrant en un qui est automatiquement calculé par machine après la fin de la planification initiale.
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Mademoiselle Eleanor Krawitz, qui détient la distinction d'être le premier auteur féminin à contribuer à l’Ingénierie Trimestrielle de Columbia, peut se vanter d'un bon nombre d'autres réalisations remarquables. Elle a été diplômée en 1943 de la lycée Samuel I. Tilden de Brooklyn, où elle avait été membre de la société d'honneur de l’école « Arista ». Au Brooklyn College, elle était trésorière de Pi Mu Epsilon, société de mathématiques honorifique, jusqu'à ce qu'elle ait reçu son B.A. en mathématiques en 1947. Elle a ensuite travaillé comme enseignante suppléante à Midwood High School et dans son Alma Mater, Tilden High, mais a annulé sa carrière d'enseignant du secondaire pour la maîtriser en mathématiques à Columbia.
Aujourd'hui, mademoiselle Krawitz est un superviseur de tabulation au laboratoire de calcul Thomas J. Watson de l'Université de Columbia. Non seulement elle instruise les cours d'astronomie à l'École supérieure d'études sur le fonctionnement des ordinateurs, mais elle est également engagée dans la mise en place de procédures pour le calcul des problèmes en physique, en mathématiques et en astronomie.
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Apporté par : Eleanor Krawitz Kolchin, Novembre 2003.
Numérisé et converti en HTML : Samedi 22 Nov 17:06:54 2003
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