ANALÓGOVÉ POČÍTAČE: VLASTNOSTI, KOMPONENTY, TYPY - TECHNOLÓGIE - 2026

Tieto analógové počítače sú typ počítača, ktorý používa neustále sa meniacim aspekty fyzikálnych javov, ako je napríklad elektrických veličín, mechanické alebo hydraulické, modelovať problém rieši.

To znamená, že sú to počítače, ktoré pracujú s číslami reprezentovanými priamo merateľnými súvislými hodnotami, ako sú tlak, teplota, napätie, rýchlosť a hmotnosť. Naopak, digitálne počítače predstavujú tieto hodnoty symbolicky.

Zdroj: X-15_Analog_computer Podľa toho, ako sa to robí - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, public domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52164169

Analógové počítače môžu mať veľmi širokú škálu zložitosti. Najjednoduchšie sú posúvacie pravidlá a nomogramy, zatiaľ čo počítače, ktoré ovládajú námorné zbrane a veľké hybridné digitálne / analógové počítače, patria medzi najzložitejšie. V tom čase to boli prvé vyvinuté počítačové stroje.

Systémy riadenia procesov a ochranné relé používajú na vykonávanie kontrolných a ochranných funkcií analógové výpočty.

V 60. rokoch bol hlavným výrobcom americká spoločnosť Electronic Associates s analógovým počítačom 231R, s vákuovými trubicami a 20 integrátormi. Neskôr so svojím analógovým počítačom 8800, s polovodičovými operačnými zosilňovačmi a 64 integrátormi.

Nahradenie digitálnymi počítačmi

V 60. a 70. rokoch sa digitálne počítače, založené najprv na vákuových trubiciach a neskôr na tranzistoroch, integrovaných obvodoch a mikroprocesoroch, stali hospodárnejšie a presnejšie.

To viedlo k tomu, že digitálne počítače vo veľkej miere nahradili analógové počítače. Analógové počítače sa však naďalej používali vo vedeckých a priemyselných aplikáciách, pretože v tom čase boli bežne oveľa rýchlejšie.

Napríklad sa naďalej používali v niektorých konkrétnych aplikáciách, napríklad v letovom počítači v lietadlách.

Komplikovanejšie aplikácie, ako napríklad radar so syntetickou apertúrou, zostali do 80. rokov 20. storočia dobre ovládané analógovým počítačom, pretože digitálne počítače na túto úlohu nestačili.

Stále prebieha výskum v oblasti analógových výpočtov. Niektoré univerzity stále používajú analógové počítače na výučbu teórie riadiacich systémov.

vlastnosti

Analógové spracovanie údajov

Analógový počítač sa používa na spracovanie analógových údajov, ako sú napätie, teplota, tlak, rýchlosť atď. Neustále ukladá tieto údaje o fyzikálnych veličinách a pomocou týchto meraní vykonáva výpočty.

Je úplne odlišný od digitálneho počítača, ktorý na vyjadrenie výsledkov používa symbolické čísla.

Analógové počítače sú vynikajúce pre situácie, ktoré vyžadujú priame meranie údajov, bez ich konverzie na čísla alebo kódy.

Používanie analógových signálov

Analógový počítač používa analógový signál, ktorý môže byť predstavovaný ako súvislá alebo sínusová vlna, ktorá obsahuje hodnoty, ktoré sa časom menia.

Analógový signál sa môže líšiť v amplitúde alebo frekvencii. Hodnota amplitúdy je intenzita signálu vzťahujúca sa na jeho najvyšší bod, nazývaný hrebeň, a jeho najnižšie body. Na druhej strane, hodnota frekvencie je jej fyzická dĺžka zľava doprava.

Príkladom analógových signálov je zvuk alebo ľudská reč cez elektrifikovaný medený drôt.

Analógové počítače nevyžadujú žiadnu skladovaciu kapacitu, pretože v rámci jednej operácie merajú a porovnávajú množstvá.

Obmedzená presnosť

Analógové zobrazenia majú obmedzenú presnosť, obyčajne na niekoľko desatinných miest.

Presnosť analógového počítača je obmedzená jeho výpočtovými prvkami, ako aj kvalitou vnútorných výkonových a elektrických prepojení.

Je to hlavne obmedzené presnosťou použitého čítacieho zariadenia, ktoré je zvyčajne tri alebo štyri desatinné miesta.

programovanie

Programovanie v analógovom počítači zahŕňa transformáciu rovníc problému na obvod analógového počítača.

Na čo sú analógové počítače?

Používajú sa na reprezentáciu údajov merateľnými veličinami, ako sú napätie alebo rotácia prevodového stupňa, aby sa vyriešil problém, namiesto toho, aby sa údaje vyjadrovali ako čísla.

Monitorovanie a kontrola

V monitorovacích a kontrolných systémoch sa používajú na určenie regulačného vzorca a na výpočet parametrov procesu, ako je účinnosť, výkon, výkon a iné.

Ak môžete priradiť matematický výraz, ktorý definuje asociáciu parametra so súradnicami objektu, analógový počítač môže vyriešiť zodpovedajúcu rovnicu.

Napríklad analógové počítače sa často používajú na hodnotenie ekonomickej efektívnosti energetických systémov a môžu slúžiť ako automatické regulátory.

Často sa používajú na riadenie procesov, ako sú procesy v ropných rafinériách, kde je dôležité nepretržité meranie prietoku a teploty.

Pokročilá analýza

Opakovaným riešením systému rovníc, ktorý popisuje riadený proces, môže analógový počítač v krátkom čase vyhľadať veľké množstvo alternatívnych riešení. Na tento účel používa rôzne hodnoty v parametroch podliehajúcich zmenám v priebehu procesu.

Požadovanú kvalitu je možné zaručiť pomocou ovládacích signálov oznámených analógovým počítačom.

Hodnoty určené počítačom sa prenášajú do regulačného zariadenia, ktoré nastavuje kontrolné body.

Stanovenie rušivých alebo užitočných signálov

Rozsah rušivého alebo užitočného signálu sa určuje pomocou diferenciálnych rovníc, ktoré opisujú dynamický systém, hodnoty počiatočných podmienok, okrem zmien určených v štatistikách, ktoré merajú šum a signál.

Analógový počítač môže byť tiež použitý na zostavenie nástrojov, ktoré automaticky zaznamenávajú poruchy a produkujú riadiaci signál, ktorý bude závisieť od charakteru a množstva porúch.

Simulácia dynamických systémov

Simulácie sa môžu vykonávať v reálnom čase alebo pri veľmi vysokých rýchlostiach, čo umožňuje experimentovať s opakovanými pokusmi so zmenenými premennými.

Vo veľkej miere sa používajú pri simuláciách lietadiel, jadrových elektrárňach a tiež v priemyselných chemických procesoch.

súčasti

Operačný zosilňovač

Väčšina elektrických analógových počítačov pracuje manipuláciou s napätím alebo potenciálnymi rozdielmi. Jeho základnou súčasťou je operačný zosilňovač, čo je zariadenie, ktorého výstupný prúd je úmerný rozdielu jeho vstupného potenciálu.

Spôsobením toku tohto výstupného prúdu cez príslušné komponenty sa získa viac potenciálnych rozdielov a môže sa vykonať široká škála matematických operácií vrátane sčítania, odčítania, inverzie a integrácie.

Elektrický analógový počítač sa skladá z mnohých typov zosilňovačov. Tieto môžu byť spojené tak, aby vytvorili matematický výraz veľkej zložitosti a s množstvom premenných.

Hydraulické komponenty

Kľúčové hydraulické komponenty by mohli zahŕňať potrubia, ventily a kontajnery.

Mechanické komponenty

Môžu existovať rotačné hriadele na prepravu dát v počítači, diferenciálne prevody, diskové, guľové alebo valčekové integrátory, 2-D a 3-D vačky, mechanické rozdeľovače a multiplikátory a servopohony.

Elektrické a elektronické komponenty

- Presné odpory a kondenzátory.

- Operačné zosilňovače.

- multiplikátory.

- Potenciometre.

- Generátory s pevnou funkciou.

Podľa povahy matematických operácií

lineárne

Lineárne komponenty vykonávajú operácie sčítania, integrácie, zmeny znamienka, násobenia konštantou a ďalšie.

Nelineárne

Generátory funkcií reprodukujú nelineárne vzťahy. Existujú počítačové komponenty určené na reprodukciu priradenej funkcie z jedného, ​​dvoch alebo viacerých argumentov.

V tejto triede je bežné rozlišovať medzi zariadeniami, ktoré reprodukujú diskontinuálne funkcie s jediným argumentom, a zariadeniami s deliteľným deličom.

logický

Medzi logické komponenty patria analógové logické zariadenia určené na oddelenie väčšieho alebo menšieho množstva medzi rôznymi množstvami, diskrétne logické zariadenia, reléové spínacie obvody a niektoré ďalšie špeciálne jednotky.

Všetky logické zariadenia sa všeobecne kombinujú do jedného, ​​nazývaného paralelné logické zariadenie. Je vybavený vlastným prepojovacím panelom na prepojenie jednotlivých logických zariadení navzájom a s ostatnými analógovými komponentmi počítača.

druhy

Mechanické počítače

Sú vyrobené skôr z mechanických komponentov, ako sú páky a ozubené kolesá, a nie z elektronických komponentov.

Najbežnejším príkladom sú sčítanie strojov a mechanických počítadiel, ktoré používajú otáčanie prevodových stupňov na vykonávanie sčítaní alebo počítaní. Zložitejšie príklady by mohli vykonávať multiplikáciu a delenie a dokonca diferenciálnu analýzu.

Najpraktickejšie mechanické počítače používajú rotujúce osi na prenos premenných z jedného mechanizmu na druhý.

V Fourierovom syntetizátore, ktorý bol strojom na predpovedanie prílivu a odlivu, boli použité káble a kladky, ktoré pridávali harmonické zložky.

Je dôležité spomenúť mechanické letové prístroje v skorej kozmickej lodi, ktoré vykázali vypočítaný výsledok nie vo forme číslic, ale prostredníctvom posunov indikačných plôch.

Kozmické lode s posádkou s posádkou boli vybavené nástrojom s názvom Globus. Toto ukazovalo obrazové pohyby Zeme premiestnením miniatúrnej zemskej zemegule, okrem ukazovateľov zemepisnej šírky a dĺžky.

Elektrické počítače

Bežnejšie sú, pretože majú podstatne širšie priepustné pásmo a sú vhodné na pripojenie k iným počítačom a k ovládacím prvkom zariadenia.

Používajú elektrické signály, ktoré tečú cez rôzne odpory a kondenzátory, aby simulovali fyzikálne javy, a nie mechanickú interakciu komponentov.

Dizajn analógových prvkov počítača je založený na jednosmerných elektronických zosilňovačoch. Tieto majú vysoký zisk v režime otvoreného obvodu.

V závislosti na štruktúre vstupných a spätnoväzbových obvodov vykonáva operačný zosilňovač buď lineárnu alebo nelineárnu matematickú operáciu. Tiež kombinácia týchto operácií.

Tento typ analógového počítača sa v polovici 20. storočia široko používal vo výpočtovej a vojenskej technike, napríklad pri skúškach lietadiel a rakiet.

Rozdiely s digitálnym

Prenos signálu

Digitálne signály majú dva diskrétne stavy, vypnuté alebo zapnuté. Stav vypnutia je nula voltov a zapnutý stav je päť voltov. Z tohto dôvodu digitálne počítače používajú údaje binárnych čísel vo forme 0 a 1.

Analógové signály sú nepretržité. Môžu byť kdekoľvek medzi dvoma extrémami, napríklad -15 a +15 V. Napätie analógového signálu môže byť v priebehu času konštantné alebo sa môže meniť.

To znamená, že v analógových počítačoch sa údaje prenášajú vo forme kontinuálnych signálov. V digitálnych počítačoch sa prenášajú vo forme diskrétnych signálov.

Typy obvodov

Analógové počítačové obvody používajú operačné zosilňovače, generátory signálu, odporové siete a kondenzátory. Tieto obvody spracovávajú signály trvalého napätia.

Digitálne počítače používajú rôzne obvody zapínania a vypínania, ako sú mikroprocesory, generátory hodín a logické brány.

To znamená, že digitálny počítač používa elektronické obvody, zatiaľ čo analógový počítač používa rezistory na nepretržitý tok signálu.

presnosť

Analógové počítače musia zvládnuť určitú úroveň elektrického šumu v obvodoch, čo ovplyvňuje ich presnosť. Obvody digitálneho počítača majú tiež elektrický šum, hoci to nemá žiadny vplyv na presnosť alebo spoľahlivosť.

Na druhej strane, analógový počítač nemôže dosiahnuť opakujúce sa výsledky s presnou zhodou. To znamená, že analógové počítače sú v porovnaní s digitálnymi počítačmi menej presné.

programovanie

Analógové aj digitálne počítače sa dajú programovať, aj keď metódy sa líšia.

Digitálne počítače používajú zložité postupnosti inštrukcií, napríklad porovnávanie alebo násobenie dvoch čísel alebo presúvanie údajov z jedného miesta na druhé.

Na programovanie analógového počítača sú elektricky spojené rôzne subsystémy pomocou káblov. Napríklad generátor signálu je spojený s ovládacím gombíkom, aby sa menila intenzita signálu.

Príklady

Hodiny hradu

Tento slávny počítač dokázal uložiť programovacie pokyny. Zariadenie nad výškou troch metrov zobrazovalo čas, zodiac a tiež obežné dráhy Slnka a Mesiaca.

Výpočtová časť zariadenia tak umožňovala užívateľom nastaviť variabilnú dĺžku dňa v závislosti od ročného obdobia. Tento počítač bol popísaný v roku 1206 a bol vo svojej dobe veľmi zložitý.

Posuvné pravidlo

Jedným z najjednoduchších a najznámejších mechanických analógových počítačov je pravidlo posúvania. Toto je aproximácia základných matematických výpočtov.

Užívatelia posúvajú označenú tyč tak, aby bola zarovnaná s rôznymi značkami na inej tyči, a preto čítajú zariadenie na základe zarovnania týchto rôznych značiek.

Diferenčný analyzátor

Tento mechanický analógový počítač bol schopný riešiť diferenciálne rovnice. S dizajnom tak starým ako začiatkom 18. storočia bol diferenciálny analyzátor zdokonalený v 30. rokoch 20. storočia a používal sa až do polovice 20. storočia.

Je považovaný za prvý moderný počítač. Vážil 100 ton a obsahoval 150 motorov, plus stovky kilometrov káblov spájajúcich relé a vákuové trubice.

Podľa dnešných štandardov bol stroj pomalý. V skutočnosti to bolo iba stokrát rýchlejšie ako ľudský operátor používajúci stolovú kalkulačku.

Ďalšie príklady

- Prediktor Kerrison.

- Váhy pre lietadlá, váhy a váhy.

- Mechanické integrátory, napríklad planimeter.

- Nomogram.

- Norden bombardovací štít.

- Počítače súvisiace s riadením paľby.

- Integrátory vody.

- MONIAC, ekonomické modelovanie.

Simulation Council bola asociáciou používateľov analógových počítačov v Spojených štátoch.

Bulletiny Simulačnej rady od roku 1952 do roku 1963 sú v súčasnosti k dispozícii online. Ukazujú v tom čase technológie a tiež bežné používanie analógových počítačov.

Referencie

1. Wikipedia, bezplatná encyklopédia (2019). Analógový počítač. Prevzaté z: en.wikipedia.org.
2. Techopedia (2019). Analógový počítač. Prevzaté z: stroppedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Čo je analógový počítač? - Definícia. Poznámky k počítaču. Prevzaté z: ecomputernotes.com.
4. Encyklopédia Britannica (2019). Analógový počítač. Prevzaté z: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 Rozdiely medzi analógovými a digitálnymi počítačmi. Prevzaté z: techwalla.com.
6. Slobodný slovník (2019). Analógový počítač. Prevzaté z: encyklopédia2.thefreedictionary.com.
7. Encyklopédia (2002). Počítač, analógový. Prevzaté z: encyclopedia.com.