ANALOGINIAI KOMPIUTERIAI: CHARAKTERISTIKOS, KOMPONENTAI, TIPAI - TECHNOLOGIJA - 2024

Į analoginiai kompiuteriai yra kompiuterio, kuris naudoja nuolat besikeičiančioje aspektus fizikinių reiškinių, kaip antai elektros kiekius, mechaninis arba hidraulinis tipas, modeliuoti problema yra išspręsta.

Tai yra, tai yra kompiuteriai, veikiantys skaičiais, vaizduojamais tiesiogiai išmatuojamomis ištisinėmis vertėmis, tokiomis kaip slėgis, temperatūra, įtampa, greitis ir svoris. Priešingai, skaitmeniniai kompiuteriai simboliškai reprezentuoja šias vertybes.

Šaltinis: X-15_Analog_computer Pagal tai, kaip jis pagamintas - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, viešasis domenas, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52164169

Analoginiai kompiuteriai gali būti labai įvairūs. Paprasčiausios yra skaidrių taisyklės ir nomogramos, tuo tarpu kompiuteriai, valdantys jūrų pistoletus, ir dideli hibridiniai skaitmeniniai / analoginiai kompiuteriai yra vieni iš sudėtingiausių. Tuo metu jie buvo pirmieji sukurti kompiuteriai.

Proceso valdymo sistemose ir apsaugos relėse valdymo ir apsaugos funkcijoms atlikti naudojamas analoginis kompiuteris.

Septintajame dešimtmetyje pagrindinis gamintojas buvo amerikiečių įmonė „Electronic Associates“, turinti 231R analoginį kompiuterį su vakuuminiais vamzdžiais ir 20 integratorių. Vėliau su savo 8800 analoginiu kompiuteriu, su kietojo kūno op-amperiais ir 64 integratoriais.

Pakeitimas skaitmeniniais kompiuteriais

Septintajame dešimtmetyje skaitmeniniai kompiuteriai, kurių pagrindą sudarė vakuuminiai vamzdžiai, o vėliau - tranzistoriai, integruotos grandinės ir mikroprocesoriai, tapo ekonomiškesni ir tikslesni.

Dėl to skaitmeniniai kompiuteriai iš esmės pakeitė analoginius kompiuterius. Tačiau analoginiai kompiuteriai ir toliau buvo naudojami mokslo ir pramonės reikmėms, nes tuo metu jie paprastai būdavo daug greitesni.

Pavyzdžiui, jie ir toliau buvo naudojami kai kuriose specifinėse programose, tokiose kaip skrydžio kompiuteris lėktuvuose.

Dešimtajame dešimtmetyje analogiško skaičiavimo srityje dominavo ir sudėtingesnės programos, tokios kaip sintetinės apertūros radaras, nes skaitmeninių kompiuterių nepakanka šiam darbui.

Analoginio kompiuterio tyrimai vis dar tęsiami. Kai kurie universitetai vis dar naudoja analoginius kompiuterius, kad išmokytų valdymo sistemų teorijos.

charakteristikos

Analoginis duomenų apdorojimas

Analoginiams duomenims, tokiems kaip įtampa, temperatūra, slėgis, greitis ir kt., Apdoroti naudojamas analoginis kompiuteris. Jis nuolat kaupia šiuos fizikinių dydžių duomenis ir šių matavimų pagalba atlieka skaičiavimus.

Tai visiškai skiriasi nuo skaitmeninio kompiuterio, kurio rezultatams vaizduoti naudojami simboliniai skaičiai.

Analoginiai kompiuteriai puikiai tinka situacijose, kai duomenis reikia matuoti tiesiogiai, nekeičiant jų į skaičius ar kodus.

Naudojant analoginius signalus

Analoginis kompiuteris naudoja analoginį signalą, kuris gali būti vaizduojamas kaip ištisinė ar sinusinė banga, kurioje yra vertės, kurios kinta laikui bėgant.

Analoginio signalo amplitudė ar dažnis gali skirtis. Amplitudės reikšmė yra signalo intensyvumas, susijęs su aukščiausiu jo tašku, vadinamu keteru, ir žemiausiais taškais. Kita vertus, dažnio reikšmė yra jo fizinis ilgis iš kairės į dešinę.

Analoginių signalų pavyzdžiai yra garsas ar žmogaus kalba per elektrifikuotą vario laidą.

Analoginiams kompiuteriams nereikia jokios atminties talpos, nes per vieną operaciją jie matuoja ir lygina kiekius.

Ribotas tikslumas

Analoginių atvaizdų tikslumas yra ribotas, paprastai iki kelių dešimtųjų tikslumu.

Analoginio kompiuterio tikslumą riboja jo skaičiavimo elementai, taip pat vidinės galios ir elektrinių sujungimų kokybė.

Tai daugiausia riboja naudojamos skaitymo įrangos tikslumas, kuris paprastai yra trijų ar keturių skaitmenų po kablelio tikslumas.

Programavimas

Programavimas analoginiame kompiuteryje apima problemos lygčių pavertimą analoginio kompiuterio grandine.

Kam skirti analoginiai kompiuteriai?

Jie naudojami duomenims vaizduoti išmatuojamais kiekiais, tokiais kaip įtampa ar krumpliaračio pasukimas, siekiant išspręsti problemą, užuot išreiškiant duomenis skaičiais.

Stebėjimas ir kontrolė

Stebėjimo ir valdymo sistemose jie naudojami nustatant valdymo formulę ir apskaičiuojant proceso parametrus, tokius kaip efektyvumas, galia, našumas ir kiti.

Jei galite priskirti matematinę išraišką, apibrėžiančią parametro susiejimą su objekto koordinatėmis, analoginis kompiuteris gali išspręsti atitinkamą lygtį.

Pavyzdžiui, analoginiai kompiuteriai yra plačiai naudojami vertinant energetinių sistemų ekonominį efektyvumą, jie gali tarnauti kaip automatiniai reguliatoriai.

Jie dažnai naudojami kontroliuoti procesus, tokius kaip naftos perdirbimo gamyklos, kur svarbu nuolat matuoti srautą ir temperatūrą.

Išplėstinė analizė

Pakartotinai išspręsdamas lygčių sistemą, apibūdinančią kontroliuojamą procesą, analoginis kompiuteris per trumpą laiką gali nuskaityti daugybę alternatyvių sprendimų. Tam jis naudoja skirtingas parametrų reikšmes, kurios proceso metu gali keistis.

Reikalingą kokybę galima užtikrinti naudojant analoginius kompiuterius skelbiančius valdymo signalus.

Kompiuterio nustatytos vertės perduodamos į reguliavimo įtaisą, kuris sureguliuoja valdymo taškus.

Trikdančių ar naudingų signalų nustatymas

Trikdančio ar naudingo signalo dydis nustatomas naudojant diferencialines lygtis, apibūdinančias dinaminę sistemą, pradinių sąlygų vertes, be pokyčių, nustatytų statistikoje, matuojančioje triukšmą ir signalą.

Analoginis kompiuteris taip pat gali būti naudojamas statant prietaisus, kurie automatiškai registruoja trikdžius ir sukuria valdymo signalą, kuris priklausys nuo trikdžių pobūdžio ir dydžio.

Dinaminis sistemų modeliavimas

Modeliavimą galima atlikti realiuoju laiku arba labai dideliu greičiu, tokiu būdu leidžiant eksperimentuoti su pakartotiniais važiavimais su pakitusiais kintamaisiais.

Jie buvo plačiai naudojami imituojant orlaivius, atominėse elektrinėse, taip pat pramoniniuose cheminiuose procesuose.

Komponentai

Operatyvinis stiprintuvas

Dauguma elektrinių analoginių kompiuterių veikia manipuliuodami įtampa ar potencialų skirtumais. Pagrindinis jo komponentas yra operacinis stiprintuvas, kuris yra įrenginys, kurio išėjimo srovė yra proporcinga jo įvesties potencialo skirtumui.

Priverčiant šią išėjimo srovę tekėti per atitinkamus komponentus, gaunami daugiau potencialų skirtumų ir galima atlikti daugybę įvairių matematinių operacijų, įskaitant sudėjimą, atėmimą, inversiją ir integraciją.

Elektrinį analoginį kompiuterį sudaro daugybė stiprintuvų. Juos galima sujungti, kad būtų sukurta labai sudėtinga ir daugybės kintamųjų matematinė išraiška.

Hidrauliniai komponentai

Pagrindiniai hidrauliniai komponentai gali būti vamzdžiai, vožtuvai ir talpyklos.

Mechaniniai komponentai

Gali būti sukamieji velenai duomenims perduoti per kompiuterį, diferencialinės pavaros, diskiniai, rutuliniai ar ritininiai integratoriai, 2-D ir 3-D kumšteliai, mechaniniai skyrikliai ir multiplikatoriai bei servo sukimo momentai.

Elektriniai ir elektroniniai komponentai

- Tikslūs rezistoriai ir kondensatoriai.

- Operaciniai stiprintuvai.

- Daugikliai.

- Potenciometrai.

- Fiksuotų funkcijų generatoriai.

Pagal matematinių operacijų pobūdį

Linijinis

Linijiniai komponentai atlieka pridėjimo, integravimo, ženklų pakeitimo, daugybos iš konstantos ir kitų operacijas.

Netiesinė

Funkcijų generatoriai atkuria netiesinius ryšius. Yra kompiuterio komponentai, skirti atkurti priskirtą funkciją iš vieno, dviejų ar daugiau argumentų.

Šioje klasėje įprasta atskirti įrenginius, atkuriančius vieno argumento nenutrūkstamas funkcijas, nuo multiplikatoriaus daliklius.

Loginis

Tarp logikos komponentų yra analoginiai loginiai įtaisai, skirti didesniam ar mažesniam kiekiui atskirti nuo įvairių dydžių, atskiri loginiai įtaisai, relinės perjungimo grandinės ir kai kurie kiti specialūs blokai.

Visi loginiai įrenginiai paprastai yra sujungiami į vieną, vadinamą lygiagrečiu loginiu įrenginiu. Jis aprūpintas savo pataisų skydeliu, skirtu sujungti atskirus loginius įrenginius tarpusavyje ir prie kitų analoginių kompiuterio komponentų.

Tipai

Mechaniniai kompiuteriai

Jie gaminami iš mechaninių komponentų, tokių kaip svirtys ir krumpliaračiai, o ne elektroniniai komponentai.

Dažniausiai pasitaikantys pavyzdžiai yra mašinų ir mechaninių skaitiklių pridėjimas, kurie papildymui ar skaičiavimui naudoja pavaras. Sudėtingesni pavyzdžiai galėtų atlikti daugybos ir padalijimo, ir net diferencialo analizę.

Praktiškiausi mechaniniai kompiuteriai naudoja kintančias ašis kintamiesiems pernešti iš vieno mechanizmo į kitą.

Furjė sintezatoriuje, kuris buvo potvynių prognozavimo aparatas, buvo naudojami kabeliai ir skriemuliai, kurie pridėjo harmoninius komponentus.

Ankstyvajame erdvėlaivyje svarbu paminėti mechaninius skrydžio instrumentus, kurie apskaičiuotą rezultatą parodė ne skaitmenų pavidalu, o per indikatorių paviršių poslinkius.

Pilotuojami sovietiniai erdvėlaiviai buvo aprūpinti instrumentu, vadinamu „Globus“. Tai parodė vaizdinį Žemės judėjimą perkeliant miniatiūrinį antžeminį rutulį, be platumos ir ilgumos rodiklių.

Elektriniai kompiuteriai

Jie yra dažnesni, nes turi žymiai platesnę pralaidumo juostą ir yra patogūs prisijungti prie kitų kompiuterių ir prietaisų valdymo elementų.

Jie naudoja elektrinius signalus, kurie teka įvairiais rezistoriais ir kondensatoriais, kad imituotų fizinius reiškinius, o ne mechaninę komponentų sąveiką.

Analoginių kompiuterio elementų dizainas pagrįstas nuolatinės srovės elektroniniais stiprintuvais. Jie turi didelę naudą atviros grandinės režimu.

Priklausomai nuo įvesties ir grįžtamojo ryšio grandinių struktūros, op stiprintuvas atlieka arba tiesinę, arba netiesinę matematinę operaciją. Taip pat šių operacijų derinys.

Šio tipo analoginiai kompiuteriai buvo plačiai naudojami skaičiavimo ir karinėse technologijose XX amžiaus viduryje, pavyzdžiui, atliekant orlaivių ir raketų bandymus.

Skirtumai su skaitmeniniu

Signalo perdavimas

Skaitmeniniai signalai turi dvi atskiras būsenas, išjungtas arba įjungtas. Išjungta būsena yra nulis voltų, o įjungta būsena yra penki voltai. Štai kodėl skaitmeniniai kompiuteriai naudoja dvejetainius skaičių duomenis 0 ir 1 pavidalu.

Analoginiai signalai yra nuolatiniai. Jie gali būti bet kurioje vietoje tarp dviejų kraštutinumų, tokių kaip -15 ir +15 voltų. Analoginio signalo įtampa gali būti pastovi arba kisti bėgant laikui.

Tai yra, analoginiuose kompiuteriuose duomenys perduodami ištisinių signalų pavidalu. Skaitmeniniuose kompiuteriuose jie perduodami diskrečių signalų pavidalu.

Grandinių tipai

Analoginėse kompiuterių grandinėse naudojami operaciniai stiprintuvai, signalų generatoriai, rezistorių tinklai ir kondensatoriai. Šios grandinės apdoroja nuolatinius įtampos signalus.

Skaitmeniniai kompiuteriai naudoja įvairias įjungimo / išjungimo schemas, tokias kaip mikroprocesoriai, laikrodžių generatoriai ir loginiai vartai.

T. y., Skaitmeniniame kompiuteryje naudojamos elektroninės grandinės, o analoginiame kompiuteryje - nuolatiniai signalo srautai.

Tikslumas

Analoginiai kompiuteriai turi valdyti tam tikrą grandinių elektrinio triukšmo lygį, paveikdami jų tikslumą. Skaitmeninio kompiuterio grandinėse taip pat yra elektrinis triukšmas, nors tai neturi įtakos tikslumui ar patikimumui.

Kita vertus, analoginis kompiuteris negali duoti pasikartojančių rezultatų su tikslia atitiktimi. Tai reiškia, kad analoginiai kompiuteriai yra mažiau tikslūs, palyginti su skaitmeniniais kompiuteriais.

Programavimas

Galima programuoti tiek analoginius, tiek skaitmeninius kompiuterius, nors metodai yra skirtingi.

Skaitmeniniai kompiuteriai naudoja sudėtingas komandų sekas, pavyzdžiui, lygina ar daugina du skaičius arba perkelia duomenis iš vienos vietos į kitą.

Norėdami suprogramuoti analoginį kompiuterį, skirtingi posistemiai yra elektriškai sujungti kabeliais vienas su kitu. Pavyzdžiui, signalo generatorius yra prijungtas prie valdymo rankenėlės, kad būtų keičiamas signalo intensyvumas.

Pavyzdžiai

Pilies laikrodis

Šis garsus kompiuteris galėjo saugoti programavimo instrukcijas. Virš trijų metrų aukščio prietaisas rodė laiką, zodiaką ir saulės bei mėnulio orbitas.

Taigi kompiuterinė įrenginio dalis vartotojams leido nustatyti kintamą dienos ilgį priklausomai nuo sezono. Aprašytas 1206 m., Šis kompiuteris savo laiku buvo labai sudėtingas.

Skaidrių taisyklė

Vienas iš paprasčiausių ir labiausiai atpažįstamų mechaninių analoginių kompiuterių yra skaidrių taisyklė. Tai yra prietaisas, skirtas apytiksliai apskaičiuoti matematinius skaičiavimus.

Vartotojai slenka pažymėtą strypą, kad jis būtų sulygiuotas su įvairiais žymiais ant kito strypo, tokiu būdu nuskaitydamas prietaisą pagal tų įvairių ženklų išlyginimą.

Diferencialinis analizatorius

Šis mechaninis analoginis kompiuteris galėjo išspręsti diferencialines lygtis. Dizainas, senas kaip 1800-ųjų pradžioje, diferencialinis analizatorius buvo patobulintas 1930-aisiais ir buvo naudojamas iki XX amžiaus vidurio.

Tai laikomas pirmuoju šiuolaikiniu kompiuteriu. Jis svėrė 100 tonų ir jame buvo 150 variklių, taip pat šimtus mylių kabelių, jungiančių reles ir vakuuminius vamzdžius.

Pagal šių dienų standartus mašina buvo lėta. Tiesą sakant, tai buvo tik maždaug šimtą kartų greičiau, nei žmogus, naudojantis kompiuterio skaičiuoklę.

Kiti pavyzdžiai

- prognozuotojas Kerrisonas.

- Orlaivio libraskopas, svarstyklių ir svorio kompiuteris.

- Mechaniniai integratoriai, tokie kaip planimetras.

- Nomograma.

- „Norden“ bombardavimo skydelis.

- Kompiuteriai, susiję su priešgaisrine kontrole.

- Vandens integratoriai.

- MONIAC, ekonominis modeliavimas.

Simuliavimo taryba buvo analogiškų kompiuterių vartotojų asociacija JAV.

Šiuo metu internete galima rasti Simuliatorių tarybos informacinius biuletenius nuo 1952 iki 1963 m. Jie parodo tuometines technologijas ir bendrą analoginių kompiuterių naudojimą.

Nuorodos

1. Vikipedija, nemokama enciklopedija (2019). Analoginis kompiuteris. Paimta iš: en.wikipedia.org.
2. „Techopedia“ (2019 m.). Analoginis kompiuteris. Paimta iš: ribapedia.com.
3. Dineshas Thakuras (2019 m.). Kas yra analoginis kompiuteris? - Apibrėžimas. Kompiuterio užrašai. Paimta iš: ecomputernotes.com.
4. Enciklopedija „Britannica“ (2019). Analoginis kompiuteris. Paimta iš: britannica.com.
5. Jonas Papiewskis (2019 m.). 10 skirtumų tarp analoginių ir skaitmeninių kompiuterių. Paimta iš: techwalla.com.
6. Nemokamas žodynas (2019). Analoginis kompiuteris. Paimta iš: encyclopedia2.thefreedictionary.com.
7. Enciklopedija (2002). Kompiuteris, analoginis. Paimta iš: encyclopedia.com.