АНАЛОГОВИ КОМПЮТРИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КОМПОНЕНТИ, ВИДОВЕ - ТЕХНОЛОГИЯ - 2025

На аналогови компютри са вид компютър, който използва непрекъснато променящите се аспекти на физични явления, като например електрически величини, механични или хидравлични, за моделиране на проблема е решен.

Тоест това са компютри, които работят с числа, представени от пряко измерими непрекъснати стойности, като налягане, температура, напрежение, скорост и тегло. За разлика от тях цифровите компютри представят тези стойности символично.

Източник: X-15_Analog_computer От Как се прави - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, Аналоговите компютри могат да имат много широк спектър на сложност. Най-прости са слайд правилата и номограмите, докато компютрите, които управляват военноморски пушки и големи хибридни цифрови / аналогови компютри са сред най-сложните. По онова време те са първите компютърни машини, разработени.

Системите за управление на процесите и защитните релета използват аналогови изчисления за изпълнение на контролни и защитни функции.

През 60-те години основен производител е американската компания Electronic Associates, със своя 231R аналогов компютър, с вакуумни тръби и 20 интегратора. По-късно, с неговия аналогов компютър от 8800, с твърди твърди оптични усилватели и 64 интегратора.

Замяна от цифрови компютри

През 60-те 70-те цифровите компютри, базирани първо на вакуумни тръби, а по-късно на транзистори, интегрални схеми и микропроцесори, стават по-икономични и прецизни.

Това доведе до това, че цифровите компютри до голяма степен заместват аналоговите компютри. Въпреки това, аналоговите компютри продължават да се използват в научни и промишлени приложения, тъй като по онова време те обикновено са били много по-бързи.

Например, те продължават да се използват в някои специфични приложения, като летателния компютър в самолетите.

По-сложните приложения, като например синтетичния радар за апертура, остават под преобладаването на аналоговите изчислителни системи добре през 80-те години, тъй като цифровите компютри не бяха достатъчни за тази задача.

Все още продължават изследвания за аналогови изчисления. Някои университети все още използват аналогови компютри, за да преподават теорията на системите за управление.

характеристики

Аналогова обработка на данни

Аналогов компютър се използва за обработка на аналогови данни, като напрежение, температура, налягане, скорост и т.н. Той непрекъснато съхранява тези данни на физични величини и извършва изчисления с помощта на тези измервания.

Той е доста по-различен от цифровия компютър, който използва символични числа за представяне на резултатите.

Аналоговите компютри са чудесни за ситуации, които изискват данните да се измерват директно, без да ги преобразуват в числа или кодове.

Използване на аналогови сигнали

Аналоговият компютър използва аналоговия сигнал, който може да бъде представен като непрекъсната или синусоида, която съдържа стойности, които варират във времето.

Аналоговият сигнал може да варира по амплитуда или честота. Стойността на амплитудата е интензитетът на сигнала, свързан с най-високата му точка, наречена гребен и най-ниските точки. От друга страна, стойността на честотата е нейната физическа дължина отляво надясно.

Примери за аналогови сигнали са звук или човешка реч чрез електрифицирана медна жица.

Аналоговите компютри не изискват никакъв капацитет за съхранение, тъй като в рамките на една операция те измерват и сравняват количествата.

Ограничена точност

Аналоговите представи са с ограничена точност, обикновено до няколко десетични знака.

Точността на аналогов компютър е ограничена от неговите изчислителни елементи, както и от качеството на вътрешното захранване и електрическите връзки.

Тя се ограничава главно от точността на използваното оборудване за четене, което обикновено е три или четири десетични знака.

Програмиране

Програмирането в аналогов компютър включва преобразуване на уравненията на проблема в аналогова компютърна схема.

За какво са аналогови компютри?

Те се използват за представяне на данни чрез измерими количества, като напрежения или завъртане на зъбното колело, за да се реши проблем, вместо да се изразяват данните като числа.

Мониторинг и контрол

В системите за наблюдение и контрол те се използват за определяне на формула за управление и за изчисляване на параметрите на процеса, като ефективност, мощност, производителност и други.

Ако можете да зададете математически израз, който определя връзката на параметър с координатите на даден обект, аналоговият компютър може да реши съответното уравнение.

Например, аналоговите компютри се използват широко за оценка на икономическата ефективност на енергийните системи и могат да служат като автоматични регулатори.

Те често се използват за контрол на процеси като тези в рафинерии за нефт, където непрекъснатото измерване на потока и температурата е важно.

Разширен анализ

Чрез многократно решаване на системата от уравнения, която описва контролиран процес, аналогов компютър може да сканира голям брой алтернативни решения за кратко време. За да направи това, той използва различни стойности в параметрите, които подлежат на промяна по време на процеса.

Необходимото качество може да се гарантира с помощта на контролни сигнали, обявени от аналоговия компютър.

Стойностите, определени от компютъра, се предават на регулиращо устройство, което регулира контролните точки.

Определяне на смущаващи или полезни сигнали

Величината на смущаващ или полезен сигнал се определя с помощта на диференциални уравнения, които описват динамичната система, стойностите на първоначалните условия, в допълнение към промените, определени в статистиката, измерващи шума и сигнала.

Аналогов компютър може да се използва и за изграждане на инструменти, които автоматично записват смущения и произвеждат контролен сигнал, което ще зависи от характера и количеството на смущения.

Симулация на динамични системи

Симулациите могат да се извършват в реално време или при много високи скорости, като по този начин позволяват да се експериментира с многократни работи с променените променливи.

Те са широко използвани в симулации на самолети, атомни електроцентрали, а също и в промишлени химически процеси.

елементи

Операционен усилвател

Повечето електрически аналогови компютри работят чрез манипулиране на напрежения или потенциални разлики. Основният му компонент е операционният усилвател, който е устройство, чийто изходен ток е пропорционален на разликата на входния му потенциал.

Принуждавайки този изходен ток да тече през съответните компоненти, се получават повече потенциални разлики и може да се извърши голямо разнообразие от математически операции, включително събиране, изваждане, инверсия и интегриране.

Електрически аналогов компютър се състои от много видове усилватели. Те могат да бъдат свързани, за да генерират математически израз с голяма сложност и с множество променливи.

Хидравлични компоненти

Основните хидравлични компоненти могат да включват тръби, клапани и контейнери.

Механични компоненти

Може да има въртящи се оси за транспортиране на данни в компютъра, диференциални предавки, дискови, топкови или ролкови интегратори, 2-D и 3-D кулачета, механични разделители и умножители и серво-въртящи моменти.

Електрически и електронни компоненти

- Прецизни резистори и кондензатори.

- Операционни усилватели.

- Множители.

- Потенциометри.

- Генератори с фиксирани функции.

Според характера на математическите операции

линеен

Линейните компоненти извършват операциите на добавяне, интегриране, промяна на знаци, умножение по константа и други.

Нелинейни

Функционалните генератори възпроизвеждат нелинейни отношения. Има компютърни компоненти, предназначени за възпроизвеждане на възложена функция от един, два или повече аргумента.

Обичайно в този клас е да се прави разлика между устройства, които възпроизвеждат прекъснати функции с един аргумент, и устройства за разделяне на множители.

логичен

Сред логическите компоненти са аналогови логически устройства, предназначени да разделят по-голямото или по-малкото количество между различни количества, дискретни логически устройства, вериги за превключване на релета и някои други специални единици.

Всички логически устройства обикновено се комбинират в едно, наречено паралелно логическо устройство. Той е оборудван със собствен панел за кръпка за свързване на отделни логически устройства едно към друго и към другите аналогови компоненти на компютъра.

Видове

Механични компютри

Те са изградени от механични компоненти, като лостове и зъбни колела, а не от електронни компоненти.

Най-често срещаните примери са добавяне на машини и механични броячи, които използват завъртането на зъбни колела за извършване на добавки или брои. По-сложните примери биха могли да извършат умножение и деление и дори диференциален анализ.

Най-практичните механични компютри използват въртящи се оси за транспортиране на променливи от един механизъм до друг.

В синтезатора на Фурие, който беше машина за предсказване на приливи и отливи, бяха използвани кабели и макари, които добавиха хармоничните компоненти.

Важно е да споменем механичните летателни инструменти в ранните космически кораби, които показаха изчисления резултат не под формата на цифри, а чрез изместване на индикаторните повърхности.

Пилотирани съветски космически кораби бяха оборудвани с инструмент, наречен Globus. Това показа фигуралното движение на Земята чрез изместване на миниатюрно земно кълбо, в допълнение към показатели за ширина и дължина.

Електрически компютри

Те са по-често срещани, тъй като имат значително по-широка честотна лента и са удобни за свързване с други компютри и с контролни елементи на устройството.

Те използват електрически сигнали, които преминават през различни резистори и кондензатори, за да симулират физически явления, а не механично взаимодействие на компонентите.

Дизайнът на аналоговите елементи на компютъра се основава на електронни усилватели с постоянен ток. Те имат висока печалба в режим на отворена верига.

В зависимост от структурата на входните и обратните вериги, оп усилвател извършва линейна или нелинейна математическа операция. Също комбинация от тези операции.

Този тип аналогов компютър е широко използван в изчислителните и военните технологии в средата на 20-ти век, като например в самолетни и ракетни тестове.

Разлики с цифрови

Предаване на сигнал

Цифровите сигнали имат две отделни състояния, изключени или включени. Изключеното състояние е нула волта, а състоянието на включване е пет волта. Ето защо цифровите компютри използват данни от двоични числа под формата на 0 и 1.

Аналоговите сигнали са непрекъснати. Те могат да бъдат навсякъде между две крайности, като -15 и +15 волта. Напрежението на аналогов сигнал може да бъде постоянно или да варира във времето.

Тоест в аналоговите компютри данните се предават под формата на непрекъснати сигнали. В цифровите компютри те се предават под формата на дискретни сигнали.

Видове вериги

Аналоговите компютърни схеми използват операционни усилватели, генератори на сигнали, резисторни мрежи и кондензатори. Тези вериги обработват сигнали за непрекъснато напрежение.

Цифровите компютри използват различни схеми за включване / изключване, като микропроцесори, генератори на часовник и логически порти.

Тоест цифровият компютър използва електронни схеми, докато аналоговият компютър използва резистори за непрекъснат поток на сигнала.

Прецизност

Аналоговите компютри трябва да се справят с определено ниво на електрически шум в вериги, което влияе върху тяхната точност. Схемите на цифров компютър също имат електрически шум, въпреки че това не оказва влияние върху точността или надеждността.

От друга страна, аналоговият компютър не може да генерира повтарящи се резултати с точно съвпадение. Това означава, че аналоговите компютри са по-малко точни в сравнение с цифровите компютри.

Програмиране

Могат да се програмират както аналогови, така и цифрови компютри, въпреки че методите са различни.

Цифровите компютри използват сложни последователности от инструкции, като сравняват или умножават две числа или преместват данни от едно място на друго.

За програмиране на аналогов компютър различни подсистеми са електрически свързани с кабели една към друга. Например генератор на сигнали е свързан към копче за управление, за да променя интензивността на сигнала.

Примери

Замък часовник

Този известен компютър беше способен да съхранява инструкции за програмиране. Стоейки над три метра височина, устройството показва времето, зодиака, а също и орбитите на слънцето и луната.

Така изчислителната част на устройството позволи на потребителите да определят променливата продължителност на деня в зависимост от сезона. Описан през 1206 г., този компютър беше много сложен за времето си.

Правило за слайдове

Един от най-простите и разпознаваеми механични аналогови компютри е правилото за слайд. Това е устройство за приблизително изчисляване на основните математически изчисления.

Потребителите плъзгат маркиран прът, за да го подравнят с различни маркировки на друг прът, като по този начин четат устройството въз основа на подравняването на тези различни маркировки.

Диференциален анализатор

Този механичен аналогов компютър е способен да разрешава диференциални уравнения. С дизайн, стар колкото началото на 1800 г., диференциалният анализатор е усъвършенстван през 30-те години и се използва до средата на 20 век.

Счита се за първия модерен компютър. Той тежеше 100 тона и съдържаше 150 мотора плюс стотици мили кабели, свързващи релета и вакуумни тръби.

По днешните стандарти машината беше бавна. Всъщност той беше само около сто пъти по-бърз от човешкия оператор, използващ настолен калкулатор.

Други примери

- Прогноза Керисън.

- Компютър с либраскоп, баланс и тегло на въздухоплавателно средство.

- Механични интегратори като планометъра.

- Номограма.

- Козирка за бомбардировка Norden.

- Компютри, свързани с управление на пожар.

- Водни интегратори.

- MONIAC, икономическо моделиране.

Симулационният съвет беше асоциация на аналогови компютърни потребители в Съединените щати.

Бюлетините на Съвета за симулация от 1952 до 1963 г. в момента са достъпни онлайн. Те показват технологиите по това време, а също и честото използване на аналогови компютри.

Препратки

1. Уикипедия, безплатната енциклопедия (2019). Аналогов компютър. Взета от: en.wikipedia.org.
2. Техопедия (2019). Аналогов компютър. Взета от: roofpedia.com.
3. Динеш Тхакур (2019). Какво е аналогов компютър? - Определение. Бележки за електронния компютър. Взета от: ecomputernotes.com.
4. Енциклопедия Британика (2019). Аналогов компютър. Взета от: britannica.com.
5. Джон Папиевски (2019). 10 разлики между аналогови и цифрови компютри. Взета от: techwalla.com.
6. Безплатният речник (2019). Аналогов компютър. Взета от: encyclopedia2.thefreedictionary.com.
7. Енциклопедия (2002). Компютър, аналогов. Взета от: encyclopedia.com.