calculatoare analogice sunt un tip de computer care folosește aspectele în continuă schimbare ale fenomenelor fizice, cum ar fi mărimile electrice, mecanice sau hidraulice, pentru a modela problema rezolvată.
Adică sunt computere care funcționează cu numere reprezentate prin valori continue măsurabile direct, cum ar fi presiunea, temperatura, tensiunea, viteza și greutatea. În schimb, computerele digitale reprezintă aceste valori simbolic.
Calculatoarele analogice pot avea o gamă foarte largă de complexitate. Cele mai simple sunt regulile de diapozitive și nomograme, în timp ce computerele care controlează armele navale și calculatoarele digitale / analogice hibride mari sunt printre cele mai complicate. La acea vreme, acestea erau primele mașini computerizate dezvoltate.
Sistemele de control al proceselor și releele de protecție utilizează calculul analog pentru a efectua funcții de control și protecție.
În anii 1960, principalul producător a fost compania americană Electronic Associates, cu computerul său analog 231R, cu tuburi de vid și 20 de integratori. Mai târziu, cu computerul dvs. analogic 8800, cu amplificatoare op-state și 64 de integratori.
Indice articol
În anii 60-70, computerele digitale, bazate mai întâi pe tuburi de vid, iar mai târziu pe tranzistoare, circuite integrate și microprocesoare, au devenit mai economice și mai precise..
Acest lucru a dus la înlocuirea în mare măsură a computerelor digitale de către computerele digitale. Cu toate acestea, computerele analogice au continuat să fie utilizate în aplicații științifice și industriale, deoarece în acel moment erau de obicei mult mai rapide.
De exemplu, au continuat să fie utilizate în anumite aplicații specifice, cum ar fi computerul de zbor din avioane..
Aplicațiile mai complexe, cum ar fi radarul cu diafragmă sintetică, au rămas sub dominația calculelor analogice până în anii 1980, deoarece computerele digitale erau insuficiente pentru această sarcină..
Cercetările sunt încă în desfășurare în domeniul calculelor analogice. Unele universități încă folosesc calculatoare analogice pentru a preda teoria sistemelor de control..
Un computer analog este utilizat pentru a procesa date analogice, cum ar fi tensiunea, temperatura, presiunea, viteza etc. Stochează continuu aceste date ale mărimilor fizice și efectuează calculele cu ajutorul acestor măsurători..
Este destul de diferit de computerul digital, care utilizează numere simbolice pentru a reprezenta rezultatele..
Calculatoarele analogice sunt excelente pentru situațiile care necesită măsurarea directă a datelor, fără a le converti în numere sau coduri.
Calculatorul analogic folosește semnalul analogic, care poate fi reprezentat ca o undă sinusoidală sau o undă continuă, care conține valori care variază în timp..
Un semnal analogic poate varia în amplitudine sau frecvență. Valoarea amplitudinii este intensitatea semnalului legată de punctul său cel mai înalt, numit creastă, și punctele sale cele mai mici. Pe de altă parte, valoarea frecvenței este lungimea sa fizică de la stânga la dreapta.
Exemple de semnale analogice sunt sunetul sau vorbirea umană prin sârmă de cupru electrificată.
Calculatoarele analogice nu necesită nicio capacitate de stocare deoarece într-o singură operație măsoară și compară cantitățile.
Reprezentările analogice au o precizie limitată, de obicei la câteva zecimale.
Precizia unui computer analog este limitată de elementele sale de calcul, precum și de calitatea puterii interne și a interconectărilor electrice..
Este limitat în principal de precizia echipamentului de citire utilizat, care este în general de trei sau patru zecimale..
Programarea într-un computer analog implică transformarea ecuațiilor problemei în circuitul analogic al computerului.
Acestea sunt folosite pentru a reprezenta date prin cantități măsurabile, cum ar fi tensiunile sau rotația angrenajului, pentru a rezolva o problemă, în loc să exprime datele ca numere.
În sistemele de monitorizare și control, acestea sunt utilizate pentru a determina o formulă de control și pentru a calcula parametrii procesului, cum ar fi eficiența, puterea, performanța și altele..
Dacă se poate atribui o expresie matematică care definește asocierea unui parametru cu coordonatele unui obiect, computerul analog poate rezolva ecuația corespunzătoare.
De exemplu, calculatoarele analogice sunt utilizate pe scară largă pentru a evalua eficiența economică a sistemelor de alimentare și pot servi drept regulatoare automate.
Acestea sunt adesea folosite pentru a controla procese precum cele din rafinăriile de petrol, unde măsurările continue ale debitului și temperaturii sunt importante..
Rezolvând în mod repetat sistemul de ecuații care descrie un proces controlat, un computer analogic poate scana un număr mare de soluții alternative într-un timp scurt. Pentru a face acest lucru, folosește valori diferite în parametrii care pot fi modificați în timpul procesului..
Calitatea necesară poate fi garantată prin intermediul semnalelor de control anunțate de computerul analogic.
Valorile determinate de computer sunt transmise către un dispozitiv de reglare, care reglează punctele de control.
Mărimea unui semnal perturbator sau util este determinată folosind ecuații diferențiale care descriu sistemul dinamic, valorile condițiilor inițiale, pe lângă modificările determinate în statisticile care măsoară zgomotul și semnalul..
Un computer analogic poate fi, de asemenea, utilizat pentru a construi instrumente care înregistrează automat perturbări și produc un semnal de control, care va depinde de caracterul și cantitatea perturbărilor..
Simulările pot fi efectuate în timp real sau la viteze foarte mari, permițând astfel experimentarea cu repetiții repetate cu variabilele modificate..
Au fost utilizate pe scară largă în simulări de aeronave, centrale nucleare și, de asemenea, în procese chimice industriale.
Majoritatea computerelor analogice electrice funcționează prin manipularea tensiunilor sau a diferențelor de potențial. Componenta sa de bază este amplificatorul operațional, care este un dispozitiv al cărui curent de ieșire este proporțional cu diferența de potențial de intrare..
Prin faptul că acest curent de ieșire curge prin componentele corespunzătoare, se obțin mai multe diferențe de potențial și se pot efectua o mare varietate de operații matematice, inclusiv adunarea, scăderea, inversarea și integrarea..
Un computer analogic electric este format din mai multe tipuri de amplificatoare. Acestea pot fi conectate pentru a genera o expresie matematică de mare complexitate și cu o multitudine de variabile.
Componentele hidraulice cheie pot include țevi, supape și containere.
Pot exista axe rotative pentru transportul datelor în interiorul computerului, angrenaje diferențiale, integratoare de discuri, bilă sau role, came 2-D și 3-D, rezolutori și multiplicatori mecanici și servo-cupluri..
- Rezistențe și condensatoare de precizie.
- Amplificatoare operaționale.
- Multiplicatori.
- Potențiometre.
- Generatoare de funcții fixe.
Componentele liniare efectuează operațiile de adunare, integrare, schimbări de semne, multiplicare cu o constantă și altele.
Generatoarele de funcții reproduc relații neliniare. Există componente de computer concepute pentru a reproduce o funcție atribuită, dintr-unul, două sau mai multe argumente.
Este obișnuit să se distingă în această clasă dispozitivele care reproduc funcții discontinue ale unui singur argument și dispozitivele de divizare multiplicatoare.
Printre componentele logice se numără dispozitivele logice analogice, concepute pentru a separa cantitatea mai mare sau mai mică între mai multe cantități, dispozitivele logice discrete, circuitele de comutare a releului și alte unități speciale..
Toate dispozitivele logice sunt în general combinate într-unul singur, numit dispozitiv logic paralel. Este echipat cu propriul său panou de patch-uri pentru a conecta dispozitivele logice individuale între ele și la celelalte componente analogice ale computerului..
Acestea sunt construite din componente mecanice, cum ar fi pârghii și roți dințate, mai degrabă decât componente electronice.
Cele mai frecvente exemple sunt adăugarea de mașini și contoare mecanice, care folosesc rotirea angrenajelor pentru a efectua adăugiri sau numărări. Exemple mai complexe ar putea efectua multiplicarea și divizarea, și chiar analiza diferențială.
Majoritatea computerelor mecanice practice folosesc axe rotative pentru a transporta variabilele de la un mecanism la altul..
În sintetizatorul Fourier, care a fost o mașină de predicție a mareelor, s-au folosit cabluri și scripeți care au adăugat componentele armonice.
Este important să menționăm instrumentele mecanice de zbor din nava spațială timpurie, care au arătat rezultatul calculat nu sub formă de cifre, ci prin deplasări ale suprafețelor indicatoare..
Navele spațiale sovietice echipate cu echipamente erau echipate cu un instrument numit Globus. Aceasta a arătat mișcarea figurativă a Pământului prin deplasarea unui glob terestru miniatural, pe lângă indicatorii de latitudine și longitudine..
Sunt mai frecvente, deoarece au o bandă de trecere substanțial mai largă și sunt convenabile pentru conectarea cu alte computere și cu elementele de control ale unui dispozitiv..
Folosesc semnale electrice care curg prin diverse rezistențe și condensatori pentru a simula fenomene fizice, mai degrabă decât interacțiunea mecanică a componentelor.
Proiectarea elementelor analogice ale computerului se bazează pe amplificatoare electronice de curent continuu. Acestea au un câștig ridicat în modul circuit deschis.
În funcție de structura circuitelor de intrare și feedback, un amplificator operațional efectuează fie o operație matematică liniară, fie non-liniară. De asemenea, o combinație a acestor operațiuni.
Acest tip de computer analogic a fost utilizat pe scară largă în tehnologia de calcul și militară la mijlocul secolului al XX-lea, cum ar fi testele cu rachete și avioane..
Semnalele digitale au două stări discrete, oprit sau pornit. Starea oprită este zero volți, iar starea pornită este de cinci volți. Acesta este motivul pentru care calculatoarele digitale utilizează date cu număr binar, sub forma 0 și 1.
Semnalele analogice sunt continue. Ele pot fi oriunde între două extreme, cum ar fi -15 și +15 volți. Tensiunea unui semnal analogic poate fi constantă sau poate varia în timp.
Adică, în computerele analogice, datele sunt transmise sub formă de semnale continue. În computerele digitale sunt transmise sub formă de semnale discrete.
Circuitele analogice de calculator utilizează amplificatoare operaționale, generatoare de semnal, rețele de rezistențe și condensatori. Aceste circuite procesează semnale de tensiune continuă.
Calculatoarele digitale utilizează o varietate de circuite de pornire / oprire, cum ar fi microprocesoare, generatoare de ceas și porți logice..
Adică, computerul digital folosește circuite electronice, în timp ce computerul analogic folosește rezistențe pentru fluxul continuu al semnalului..
Calculatoarele analogice trebuie să facă față unui anumit nivel de zgomot electric din circuite, afectându-le precizia. Circuitele unui computer digital au, de asemenea, zgomot electric, deși acest lucru nu are niciun efect asupra preciziei sau fiabilității..
Pe de altă parte, computerul analog nu poate produce rezultate repetate cu o potrivire exactă. Aceasta înseamnă că calculatoarele analogice sunt mai puțin precise în comparație cu computerele digitale..
Atât computerele analogice, cât și cele digitale pot fi programate, deși metodele sunt diferite.
Calculatoarele digitale folosesc secvențe complexe de instrucțiuni, cum ar fi compararea sau înmulțirea a două numere sau mutarea datelor dintr-un loc în altul..
Pentru a programa un computer analog, diferite subsisteme sunt conectate electric cu cabluri între ele. De exemplu, un generator de semnal este conectat la un buton de control, pentru a varia intensitatea semnalului.
Acest faimos computer a fost capabil să stocheze instrucțiuni de programare. Cu o înălțime de peste trei metri, dispozitivul afișa ora, zodiacul și, de asemenea, orbitele soarelui și lunii.
Partea de calcul a dispozitivului a permis astfel utilizatorilor să seteze lungimea variabilă a zilei în funcție de sezon. Descris în 1206, acest computer a fost foarte complex pentru vremea sa.
Unul dintre cele mai simple și mai ușor de recunoscut calculatoare analogice mecanice este regula slide. Acesta este un dispozitiv pentru aproximarea calculelor matematice de bază.
Utilizatorii glisează o tijă marcată pentru a o alinia cu diferite semne pe o altă tijă, citind astfel dispozitivul pe baza alinierii acestor mărci diferite.
Acest computer analogic mecanic a fost capabil să rezolve ecuații diferențiale. Cu un design la fel de vechi ca la începutul anilor 1800, analizorul diferențial a fost rafinat în anii 1930 și utilizat până la mijlocul secolului al XX-lea..
Este considerat primul computer modern. Cântărea 100 de tone și conținea 150 de motoare, plus sute de kilometri de cabluri care conectau releele și tuburile de vid..
Conform standardelor actuale, mașina era lentă. De fapt, a fost doar de aproximativ o sută de ori mai rapid decât un operator uman care utilizează un calculator desktop..
- Predictorul Kerrison.
- Calculator pentru balanscop, greutatea și echilibrul aeronavei.
- Integratori mecanici precum planimetrul.
- Nomogramă.
- Viziera de bombardament Norden.
- Calculatoare legate de controlul focului.
- Integratori de apă.
- MONIAC, modelare economică.
Simulation Council a fost o asociație de utilizatori de computere analogice din Statele Unite.
Buletinele informative ale Consiliului de simulare din 1952 până în 1963 sunt disponibile în prezent online. Acestea arată tehnologiile din acel moment și, de asemenea, utilizarea obișnuită a computerelor analogice.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.