Человеческие компьютеры: история вычислений до эры электроники.

Введение

Человек, выполняющий математические вычисления, до появления электронных компьютеров.

Термин "компьютер", используемый с начала XVII века (первое известное письменное упоминание датируется 1613 годом), означал "вычисляющий": человека, выполняющего математические вычисления до того, как электронные компьютеры стали коммерчески доступны. Алан Тьюринг описывал "человеческий компьютер" как человека, который "должен следовать чётким правилам; он не имеет права отклоняться от них ни в одной детали". Команды людей, часто женщины начиная с конца XIX века, использовались для выполнения длительных и часто утомительных вычислений; работа распределялась для параллельного выполнения. Одни и те же вычисления часто выполнялись независимо разными командами для проверки правильности результатов. С конца XX века термин "человеческий компьютер" также применяется к людям с выдающимися способностями к ментальной арифметике, также известным как ментальные калькуляторы.

Истоки науки

Астрономы эпохи Возрождения использовали этот термин примерно так же часто, как называли себя «математиками» за свою основную работу по вычислению положений планет. Они часто нанимали «компьютера» для оказания им помощи. Для некоторых людей, таких как Иоганн Кеплер, работа помощником учёного в области вычислений была временной позицией, пока они не перешли к более значительным достижениям. Перед смертью в 1617 году Джон Непер предложил способы, с помощью которых «учёные, у которых, возможно, будет много учеников и компьютеров», могли бы построить улучшенную логарифмическую таблицу. Вычисления стали более организованными, когда француз Алексис Клод Клеро (1713–1765) разделил вычисления для определения времени возвращения кометы Галлея между двумя коллегами, Жозефом Лаландом и Николь Рейн Лепаут. Компьютеры продолжали составлять планы будущих движений астрономических объектов для создания небесных таблиц для альманахов в конце 1760-х годов. Среди компьютеров, работавших над Морским альманахом для Британского Адмиралтейства, были Уильям Уэльс, Израиль Лайонс и Ричард Данторн. Проект находился под надзором Невила Маскелина. Маскелин заимствовал таблицы из других источников всякий раз, когда это было возможно, чтобы уменьшить количество вычислений, которые должна была выполнить его команда компьютеров. Женщины, как правило, были исключены, за некоторыми исключениями, такими как Мэри Эдвардс, которая работала с 1780-х по 1815 год в качестве одного из тридцати пяти компьютеров для Британского морского альманаха, используемого для морской навигации. Соединенные Штаты также работали над собственной версией морского альманаха в 1840-х годах, и Мария Митчелл была одним из самых известных компьютеров в штате. Другие инновации в области человеческих вычислений включали работу, выполненную группой мальчиков, которые работали в Октагональной комнате Королевской Гринвичской обсерватории для Королевского астронома Джорджа Эйри. Компьютеры Эйри, нанятые после 1835 года, могли быть в возрасте всего пятнадцати лет, и они работали с накопленными астрономическими данными. Организация Октагональной комнаты Эйри с менеджером, предварительно напечатанными формами для вычислений и стандартизированными методами расчета и проверки результатов (аналогично тому, как работали компьютеры Морского альманаха) оставалась стандартом для вычислительных операций в течение следующих 80 лет. После 1865 года женщины все чаще участвовали в вычислительной деятельности. Частные компании нанимали их для вычислений и управления офисными работниками. В 1870-х годах Корпус сигналов Соединенных Штатов разработал новый способ организации человеческих вычислений для отслеживания погодных условий, опираясь на предыдущие работы ВМС США и метеорологического проекта Смитсоновского института. Корпус сигналов использовал небольшой вычислительный штат, который обрабатывал данные, которые должны были быть собраны быстро и завершены в «интенсивных двухчасовых сменах». Каждый отдельный компьютер отвечал только за часть данных. В конце девятнадцатого века Эдвард Чарльз Пикеринг организовал «Гарвардских компьютеров». Первой женщиной, обратившейся к ним, была Анна Винлок, которая в 1875 году попросила Гарвардскую обсерваторию о работе в качестве компьютера. К 1880 году все компьютеры, работавшие в Гарвардской обсерватории, были женщинами. Стандартная оплата труда компьютера начиналась с двадцати пяти центов в час. Спрос на работу был настолько велик, что некоторые женщины предлагали работать в Гарвардских компьютерах бесплатно. Многие женщины-астрономы этой эпохи были компьютерами, наиболее известными из которых были Флоренс Кушман, Генриетта Свон Ливитт и Энни Джамп Каннон, которые работали с Пикерингом с 1888, 1893 и 1896 годов соответственно. Каннон могла классифицировать звезды со скоростью три в минуту. Мина Флеминг, один из Гарвардских компьютеров, опубликовала «Каталог звездных спектров» Дрейпера в 1890 году, в котором звезды были организованы по спектральным линиям. Каталог продолжал расширяться Гарвардскими компьютерами, и в последующих томах добавлялись новые звезды. Элизабет Уильямс участвовала в расчетах в поисках новой планеты Плутона в обсерватории Лоуэлла. В 1893 году Фрэнсис Гальтон создал Комитет по проведению статистических исследований измеримых характеристик растений и животных, который отчитывался перед Королевским обществом. Комитет использовал передовые методы научных исследований и поддерживал работу нескольких ученых. У. Ф. Рафаэль Уэлдон, первый ученый, получивший поддержку от комитета, работал со своей женой Флоренс Тебб Уэлдон, которая была его компьютером. Уэлдон использовал логарифмы и математические таблицы, созданные Августом Леопольдом Крелле, и не имел вычислительной машины. Карл Пирсон, который имел лабораторию в Лондонском университете, считал, что работа Уэлдона «затруднена деятельностью комитета». Однако Пирсон разработал математическую формулу, которую комитет смог использовать для корреляции данных. Пирсон принес свою формулу корреляции в свою собственную Биометрическую лабораторию. Пирсон имел как наемных, так и добровольных компьютеров, среди которых были как мужчины, так и женщины. Алиса Ли была одной из его наемных компьютеров, работавшей с гистограммами и хи-квадрат статистикой. Пирсон также работал с Беатрис и Фрэнсис Кейв Браун. К 1906 году лаборатория Пирсона освоила искусство создания математических таблиц.

Astronomers in Renaissance times used that term about as often as they called themselves "mathematicians" for their principal work of calculating the positions of planets. They often hired a "computer" to assist them. For some men, such as Johannes Kepler, assisting a scientist in computation was a temporary position until they moved on to greater advancements. Before he died in 1617, John Napier suggested ways by which "the learned, who perchance may have plenty of pupils and computers" might construct an improved logarithm table. Computing became more organized when the Frenchman Alexis Claude Clairaut (1713–1765) divided the computation to determine the time of the return of Halley's Comet with two colleagues, Joseph Lalande and Nicole Reine Lepaute. Human computers continued plotting the future movements of astronomical objects to create celestial tables for almanacs in the late 1760s. The computers working on the Nautical Almanac for the British Admiralty included William Wales, Israel Lyons and Richard Dunthorne. The project was overseen by Nevil Maskelyne. Maskelyne would borrow tables from other sources as often as he could in order to reduce the number of calculations his team of computers had to make. Women were generally excluded, with some exceptions such as Mary Edwards who worked from the 1780s to 1815 as one of thirty five computers for the British Nautical Almanac used for navigation at sea. The United States also worked on their own version of a nautical almanac in the 1840s, with Maria Mitchell being one of the best known computers on the staff. Other innovations in human computing included the work done by a group of boys who worked in the Octagon Room of the Royal Greenwich Observatory for Astronomer Royal George Airy. Airy's computers, hired after 1835, could be as young as fifteen, and they were working on a backlog of astronomical data. The way that Airy organized the Octagon Room with a manager, pre printed computing forms, and standardized methods of calculating and checking results (similar to the way the Nautical Almanac computers operated) would remain a standard for computing operations for the next 80 years. Women were increasingly involved in computing after 1865. Private companies hired them for computing and to manage office staffs. In the 1870s, the United States Signal Corps created a new way of organizing human computing to track weather patterns. This built on previous work from the US Navy and the Smithsonian meteorological project. The Signal Corps used a small computing staff that processed data that had to be collected quickly and finished in "intensive two hour shifts". Each individual human computer was responsible for only part of the data. In the late nineteenth century Edward Charles Pickering organized the "Harvard Computers". The first woman to approach them, Anna Winlock, asked Harvard Observatory for a computing job in 1875. By 1880, all of the computers working at the Harvard Observatory were women. The standard computer pay started at twenty five cents an hour. There would be such a huge demand to work there, that some women offered to work for the Harvard Computers for free. Many of the women astronomers from this era were computers with possibly the best known being Florence Cushman, Henrietta Swan Leavitt, and Annie Jump Cannon, who worked with Pickering from 1888, 1893, and 1896 respectively. Cannon could classify stars at a rate of three per minute. Mina Fleming, one of the Harvard Computers, published The Draper Catalogue of Stellar Spectra in 1890. The catalogue organized stars by spectral lines. The catalogue continued to be expanded by the Harvard Computers and added new stars in successive volumes. Elizabeth Williams was involved in calculations in the search for a new planet, Pluto, at the Lowell Observatory. In 1893, Francis Galton created the Committee for Conducting Statistical Inquiries into the Measurable Characteristics of Plants and Animals which reported to the Royal Society. The committee used advanced techniques for scientific research and supported the work of several scientists. W. F. Raphael Weldon, the first scientist supported by the committee worked with his wife, Florence Tebb Weldon, who was his computer. Weldon used logarithms and mathematical tables created by August Leopold Crelle and had no calculating machine. Karl Pearson, who had a lab at the University of London, felt that the work Weldon did was "hampered by the committee". However, Pearson did create a mathematical formula that the committee was able to use for data correlation. Pearson brought his correlation formula to his own Biometrics Laboratory. Pearson had volunteer and salaried computers who were both men and women. Alice Lee was one of his salaried computers who worked with histograms and the chi squared statistics. Pearson also worked with Beatrice and Frances Cave Brown Cave. Pearson's lab, by 1906, had mastered the art of mathematical table making.

Математические таблицы

Людей использовали в качестве вычислителей для составления математических таблиц в Западной Европе XVIII и XIX веков, например, таблиц тригонометрии и логарифмов. Хотя эти таблицы чаще всего носили имена главных математиков, руководивших проектом, на самом деле они часто были результатом труда огромного количества неизвестных и непризнанных вычислителей. Для нужд навигации и инженерии требовались все более точные таблицы с высокой степенью точности. Подходы к работе различались, но один из них заключался в разделении проекта на отдельные задания, выполняемые на дому. Вычислители, зачастую образованные женщины из среднего класса, которым общество не одобряло заниматься профессиональной деятельностью или выходить на работу, получали и отправляли пакеты с расчетами по почте. Королевское астрономическое общество в конечном итоге выделило помещение для нового комитета – Комитета математических таблиц, который в 1925 году стал единственной профессиональной организацией для людей-вычислителей.

Динамика жидкостей

Для прогнозирования последствий строительства Афслёйтдейка в период с 1927 по 1932 год в Зёйдерзее (Нидерланды) использовались вычислители-люди. Компьютерное моделирование было разработано Хендриком Лоренцем. Дальновидное применение в метеорологии можно найти в научных работах Льюиса Фрая Ричардсона, который в 1922 году оценил, что 64 000 человек смогут прогнозировать погоду для всей планеты, численно решая соответствующие дифференциальные уравнения в частных производных. Примерно в 1910 году он уже использовал вычислителей-людей для расчета напряжений внутри каменной плотины.

Военные вычисления и электроника

Только после Первой мировой войны вычисления стали профессией. "Первая мировая война потребовала большого количества людей, выполнявших вычисления. Вычислители с обеих сторон войны создавали картографические сетки, геодезические инструменты, навигационные и артиллерийские таблицы. Поскольку мужчины были на войне, большинство этих новых вычислителей были женщинами, и многие из них имели высшее образование". Это повторилось во время Второй мировой войны, когда больше мужчин ушли на фронт, а женщины с высшим образованием заняли их места. Одной из первых женщин-вычислителей была Элизабет Уэбб Уилсон, которую Армия наняла в 1918 году, и она была выпускницей Университета Джорджа Вашингтона. Уилсон "упорно искала военную работу, которая могла бы использовать ее математические способности. Позже она утверждала, что война избавила ее от "вашингтонской светской жизни", круговорота общественных мероприятий, которые должны были обеспечить ей мужа". NACA начала нанимать чернокожих женщин в качестве вычислителей с 1940 года. Одной из таких вычислительниц была Дороти Вон, которая начала свою работу в 1943 году в Исследовательском центре Лэнгли в качестве специального сотрудника для поддержки военных усилий и впоследствии стала руководителем группы вычислителей Западной области, состоявшей из афроамериканских женщин, работавших вычислителями в Лэнгли. В то время работа вычислителя считалась непрестижной. 8 ноября 2019 года была вручена Золотая медаль Конгресса "в знак признания всех женщин, которые служили вычислителями, математиками и инженерами в Национальном консультативном комитете по аэронавтике и Национальном управлении по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) в период с 1930-х по 1970-е годы". С появлением электронных компьютеров, человеческие вычислители, особенно женщины, стали первыми программистами. Поскольку шесть человек, ответственных за подготовку задач для ENIAC (первого электронного цифрового компьютера общего назначения, построенного в Университете Пенсильвании во время Второй мировой войны), были отобраны из числа человеческих вычислителей, первыми профессиональными программистами в мире стали женщины: Кей МакНалти, Бетти Снайдер, Марлин Уэскофф, Рут Лихтерман, Бетти Джин Дженнингс и Фрэн Билас.

It was not until World War I that computing became a profession. "The First World War required large numbers of human computers. Computers on both sides of the war produced map grids, surveying aids, navigation tables and artillery tables. With the men at war, most of these new computers were women and many were college educated." This would happen again during World War II, as more men joined the fight, college educated women were left to fill their positions. One of the first female computers, Elizabeth Webb Wilson, was hired by the Army in 1918 and was a graduate of George Washington University. Wilson "patiently sought a war job that would make use of her mathematical skill. In later years, she would claim that the war spared her from the 'Washington social whirl', the rounds of society events that should have procured for her a husband" NACA had begun hiring black women as computers from 1940. One such computer was Dorothy Vaughan who began her work in 1943 with the Langley Research Center as a special hire to aid the war effort, and who came to supervise the West Area Computers, a group of African American women who worked as computers at Langley. Human computing was, at the time, considered menial work. On November 8, 2019, the Congressional Gold Medal was awarded "In recognition of all the women who served as computers, mathematicians, and engineers at the National Advisory Committee for Aeronautics and the National Aeronautics and Space Administration (NASA) between the 1930s and the 1970s." As electrical computers became more available, human computers, especially women, were drafted as some of the first computer programmers. Because the six people responsible for setting up problems on the ENIAC (the first general purpose electronic digital computer built at the University of Pennsylvania during World War II) were drafted from a corps of human computers, the world's first professional computer programmers were women, namely: Kay McNulty, Betty Snyder, Marlyn Wescoff, Ruth Lichterman, Betty Jean Jennings, and Fran Bilas.

Помощь человека в вычислениях

Термин "человеческий компьютер" недавно был использован группой исследователей, которые называют свою работу "человеческими вычислениями". В этом понимании, "человеческий компьютер" относится к деятельности людей в контексте вычислений с участием человека (HBC). Использование термина "человеческий компьютер" в данном случае вызывает споры по следующей причине: HBC – это вычислительный метод, при котором машина передает определенные части задачи людям для выполнения, причем эти части не обязательно могут быть алгоритмизированы. Фактически, в контексте HBC людям зачастую не предоставляется последовательность точных шагов для получения желаемого результата; HBC не учитывает, каким образом люди решают задачу. Именно поэтому в определении выше используется термин "аутсорсинг". Использование людей в исторической роли "человеческих компьютеров" в рамках HBC встречается крайне редко.