ANALOGE COMPUTERE: EGENSKABER, KOMPONENTER, TYPER - TEKNOLOGI - 2024

De analoge computere er en type computer, der bruger kontinuerligt skiftende aspekter af fysiske fænomener, såsom elektriske mængder, mekaniske eller hydrauliske, til at modellere problemet, der løses.

Det vil sige, det er computere, der fungerer med tal repræsenteret ved direkte målbare kontinuerlige værdier, såsom tryk, temperatur, spænding, hastighed og vægt. I modsætning hertil repræsenterer digitale computere disse værdier symbolsk.

Kilde: X-15_Analog_computer By How it made - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, Analoge computere kan have en meget bred vifte af kompleksitet. De enkleste er lysregler og nomogrammer, mens de computere, der kontrollerer marinepistoler og store hybride digitale / analoge computere er blandt de mest komplicerede. På det tidspunkt var de de første udviklede computermaskiner.

Processtyringssystemer og beskyttelsesrelæer bruger analog computing til at udføre kontrol- og beskyttelsesfunktioner.

I 1960'erne var hovedproducenten det amerikanske selskab Electronic Associates med sin 231R analoge computer med vakuumrør og 20 integratorer. Senere med sin 8800 analoge computer med solid-state op-ampere og 64 integratorer.

Udskiftning med digitale computere

I 60'erne 70'erne blev digitale computere, der først var baseret på vakuumrør og senere på transistorer, integrerede kredsløb og mikroprocessorer, mere økonomiske og præcise.

Dette førte til, at digitale computere stort set erstattede analoge computere. Imidlertid blev analoge computere fortsat brugt i videnskabelige og industrielle applikationer, fordi de på det tidspunkt ofte var meget hurtigere.

For eksempel blev de fortsat brugt i nogle specifikke applikationer, såsom flycomputeren i fly.

Mere komplekse applikationer, såsom syntetisk blænderadar, forblev under dominansen af ​​analog computing langt ind i 1980'erne, da digitale computere ikke var tilstrækkelige til opgaven.

Der er fortsat forskning inden for analog computing. Nogle universiteter bruger stadig analoge computere til at undervise i teorien om kontrolsystemer.

egenskaber

Analog databehandling

En analog computer bruges til at behandle analoge data, såsom spænding, temperatur, tryk, hastighed osv. Den gemmer kontinuerligt disse data om fysiske mængder og udfører beregninger ved hjælp af disse målinger.

Det er meget forskelligt fra den digitale computer, der bruger symbolnummer til at repræsentere resultaterne.

Analoge computere er fremragende til situationer, der kræver, at data måles direkte uden at konvertere dem til tal eller koder.

Brug af analoge signaler

Den analoge computer bruger det analoge signal, der kan repræsenteres som en kontinuerlig eller sinusbølge, der indeholder værdier, der varierer over tid.

Et analogt signal kan variere i amplitude eller frekvens. Amplitude-værdien er intensiteten af ​​signalet relateret til dets højeste punkt, kaldet crest, og dets laveste punkter. På den anden side er frekvensens værdi dens fysiske længde fra venstre til højre.

Eksempler på analoge signaler er lyd eller menneskelig tale gennem elektrificeret kobbertråd.

Analoge computere kræver ingen lagerkapacitet, fordi de i en enkelt operation måler og sammenligner mængder.

Begrænset præcision

Analoge repræsentationer har begrænset præcision, ofte til et par decimaler.

Nøjagtigheden af ​​en analog computer er begrænset af dens computerelementer såvel som kvaliteten af ​​intern strøm og elektriske forbindelser.

Det er hovedsageligt begrænset af nøjagtigheden af ​​det anvendte læseudstyr, der generelt er tre eller fire decimaler.

Programmering

Programmering i en analog computer involverer omdannelse af ligningernes problem til det analoge computerkredsløb.

Hvad er analoge computere til?

De bruges til at repræsentere data ved målbare mængder, såsom spændinger eller gearrotation, for at løse et problem i stedet for at udtrykke dataene som tal.

Overvågning og kontrol

I overvågnings- og kontrolsystemer bruges de til at bestemme en kontrolformel og til at beregne procesparametre, såsom effektivitet, effekt, ydeevne og andre.

Hvis du kan tildele et matematisk udtryk, der definerer tilknytningen af ​​en parameter til koordinaterne for et objekt, kan den analoge computer løse den tilsvarende ligning.

F.eks. Bruges analoge computere i vid udstrækning til at evaluere elsystemernes økonomiske effektivitet og kan fungere som automatiske regulatorer.

De bruges ofte til at kontrollere processer såsom dem i olieraffinaderier, hvor kontinuerlig strømning og temperaturmålinger er vigtige.

Avanceret analyse

Ved gentagne gange at løse ligningssystemet, der beskriver en kontrolleret proces, kan en analog computer scanne et stort antal alternative løsninger på kort tid. For at gøre dette bruger den forskellige værdier i de parametre, der kan ændres under processen.

Den krævede kvalitet kan garanteres ved hjælp af styresignaler annonceret af den analoge computer.

Værdierne, der bestemmes af computeren, overføres til en reguleringsenhed, der justerer kontrolpunkterne.

Bestemmelse af forstyrrende eller nyttige signaler

Størrelsen af ​​et forstyrrende eller nyttigt signal bestemmes ved hjælp af differentialligninger, der beskriver det dynamiske system, værdierne af de indledende forhold, ud over de ændringer, der er bestemt i statistikken, der måler støj og signal.

En analog computer kan også bruges til at opbygge instrumenter, der automatisk registrerer forstyrrelser og producerer et styresignal, som afhænger af forstyrrernes karakter og mængde.

Dynamisk systemsimulering

Simuleringerne kan udføres i realtid eller ved meget høje hastigheder, hvilket gør det muligt at eksperimentere med gentagne kørsler med de ændrede variabler.

De er blevet brugt i vid udstrækning i flysimuleringer, kernekraftværker og også i industrielle kemiske processer.

komponenter

Driftsforstærker

De fleste elektriske analoge computere fungerer ved at manipulere spændinger eller potentielle forskelle. Dens grundlæggende komponent er den operationelle forstærker, som er en enhed, hvis udgangsstrøm er proportional med dens indgangspotentialeforskel.

Ved at få denne udgangsstrøm til at strømme gennem de passende komponenter opnås flere potentialeforskelle, og en lang række matematiske operationer kan udføres, inklusive tilføjelse, subtraktion, inversion og integration.

En elektrisk analog computer består af mange typer forstærkere. Disse kan forbindes for at generere et matematisk udtryk for stor kompleksitet og med et væld af variabler.

Hydrauliske komponenter

De vigtigste hydrauliske komponenter kan omfatte rør, ventiler og containere.

Mekaniske komponenter

Der kan være roterende aksler til at transportere dataene inde i computeren, differentielle tandhjul, skive, kugle- eller rulleintegratorer, 2-D og 3-D cams, mekaniske opløsere og multiplikatorer og servomomenter.

Elektriske og elektroniske komponenter

- Præcisionsmodstande og kondensatorer.

- Driftsforstærkere.

- Multiplikatorer.

- Potentiometre.

- Generatorer med fast funktion.

I henhold til arten af ​​matematiske operationer

Lineær

Lineære komponenter udfører operationerne med tilføjelse, integration, skiltændringer, multiplikation med en konstant og andre.

Ikke lineær

Funktionsgeneratorer gengiver ikke-lineære forhold. Der er computerkomponenter designet til at gengive en tildelt funktion fra et, to eller flere argumenter.

Det er almindeligt i denne klasse at skelne mellem enheder, der gengiver diskontinuerlige funktioner med enkelt argument og multiplikatorinddelingsenheder.

Logisk

Blandt de logiske komponenter er analoge logiske enheder, der er designet til at adskille den større eller mindre mængde mellem forskellige mængder, diskrete logiske enheder, relæomskifter kredsløb og nogle andre specielle enheder.

Alle logiske enheder er generelt kombineret til en, kaldet en parallel logisk enhed. Det er udstyret med sit eget patchpanel til at forbinde individuelle logiske enheder til hinanden og til de andre analoge komponenter på computeren.

typer

Mekaniske computere

De er bygget af mekaniske komponenter, såsom håndtag og gear, snarere end elektroniske komponenter.

De mest almindelige eksempler er tilføjelse af maskiner og mekaniske tællere, der bruger drejning af gear til at udføre tilføjelser eller tællinger. Mere komplekse eksempler kunne udføre multiplikation og opdeling og endda differentiel analyse.

De mest praktiske mekaniske computere bruger roterende akser til at transportere variabler fra en mekanisme til en anden.

I Fourier-synthesizeren, som var en maskine til at forudsige tidevand, blev kabler og remskiver brugt, der tilføjede de harmoniske komponenter.

Det er vigtigt at nævne de mekaniske flyveinstrumenter i det tidlige rumfartøj, der viste det beregnede resultat ikke i form af cifre, men gennem forskydninger af indikatoroverfladerne.

Bemandet sovjetisk rumfartøj var udstyret med et instrument kaldet Globus. Dette viste den figurative bevægelse af Jorden gennem forskydningen af ​​en miniatyr jordklode, ud over indikatorer for breddegrad og længdegrad.

Elektriske computere

De er mere almindelige, fordi de har et i det væsentlige bredere adgangsbånd og er praktiske til at forbinde til andre computere og til enhedsstyringselementer.

De bruger elektriske signaler, der strømmer gennem forskellige modstande og kondensatorer for at simulere fysiske fænomener snarere end mekanisk interaktion mellem komponenter.

Konstruktionen af ​​de analoge elementer på computeren er baseret på lige nuværende elektroniske forstærkere. Disse har stor forstærkning i åben kredsløbstilstand.

Afhængigt af strukturen for input- og feedbackkredsløbene udfører en op-forstærker enten en lineær eller en ikke-lineær matematisk operation. Også en kombination af disse operationer.

Denne type analoge computere blev i vid udstrækning brugt i computere og militær teknologi i midten af ​​det 20. århundrede, såsom i fly- og missiltest.

Forskelle med digital

Signal transmission

Digitale signaler har to diskrete tilstande, slukket eller tændt. Fra-tilstanden er nul volt, og on-tilstanden er fem volt. Dette er grunden til, at digitale computere bruger binære taledata i form af 0 og 1.

Analoge signaler er kontinuerlige. De kan være overalt mellem to ekstremer, såsom -15 og +15 volt. Spændingen på et analogt signal kan være konstant eller variere over tid.

Det vil sige, i analoge computere overføres data i form af kontinuerlige signaler. I digitale computere transmitteres de i form af diskrete signaler.

Kredsløbstyper

Analoge computerkredsløb bruger operationelle forstærkere, signalgeneratorer, modstandsnetværk og kondensatorer. Disse kredsløb behandler kontinuerlige spændingssignaler.

Digitale computere bruger en række on / off kredsløb, såsom mikroprocessorer, urgeneratorer og logiske porte.

Det vil sige, den digitale computer bruger elektroniske kredsløb, mens den analoge computer bruger modstande til den kontinuerlige strøm af signalet.

Præcision

Analoge computere skal håndtere et vist niveau af elektrisk støj i kredsløb, hvilket påvirker deres nøjagtighed. Kredsløbet på en digital computer har også elektrisk støj, skønt dette ikke har nogen indflydelse på nøjagtighed eller pålidelighed.

På den anden side kan den analoge computer ikke producere gentagne resultater med et nøjagtigt match. Dette betyder, at analoge computere er mindre nøjagtige sammenlignet med digitale computere.

Programmering

Både analoge og digitale computere kan programmeres, selvom metoderne er forskellige.

Digitale computere bruger komplekse instruktionssekvenser, såsom at sammenligne eller multiplicere to tal eller flytte data fra et sted til et andet.

For at programmere en analog computer er forskellige undersystemer elektrisk forbundet med kabler til hinanden. For eksempel er en signalgenerator tilsluttet en kontrolknap for at variere signalets intensitet.

eksempler

Slot ur

Denne berømte computer var i stand til at gemme programmeringsinstruktioner. Når det stod over tre meter højt, viste enheden klokkeslættet, zodiaken og også kredsløb om solen og månen.

Den beregningsmæssige del af enheden tillader således brugere at indstille den variable længde på dagen afhængigt af sæsonen. Denne computer blev beskrevet i 1206 og var meget kompleks for sin tid.

Slide regel

En af de enkleste og mest genkendelige mekaniske analoge computere er glidereglen. Dette er en enhed til tilnærmelse af grundlæggende matematiske beregninger.

Brugere glider en markeret stang for at justere den med forskellige mærker på en anden stang og læser således enheden baseret på justeringen af ​​disse forskellige mærker.

Differentialanalysator

Denne mekaniske analoge computer var i stand til at løse differentialligninger. Med et så gammelt design som i begyndelsen af ​​1800-tallet blev differentieringsanalysatoren perfektioneret i 1930'erne og brugt indtil midten af ​​det 20. århundrede.

Det betragtes som den første moderne computer. Den vejer 100 tons og indeholdt 150 motorer plus hundreder af miles af kabler, der forbinder relæer og vakuumrør.

Efter dagens standarder var maskinen langsom. Faktisk var det kun hundrede gange hurtigere end en menneskelig operatør, der brugte en desktop-lommeregner.

Andre eksempler

- Prædiktor Kerrison.

- Librascope, balance og vægtcomputer af et fly.

- Mekaniske integratorer som planimeteret.

- Nomogram.

- Norden bombardementvisir.

- Computere relateret til brandkontrol.

- Vandintegratorer.

- MONIAC, økonomisk modellering.

Simulation Council var en sammenslutning af analoge computerbrugere i USA.

Nyhedsbreve fra Simulation Council fra 1952 til 1963 er i øjeblikket tilgængeligt online. De viser teknologierne på det tidspunkt og også den almindelige brug af analoge computere.

Referencer

1. Wikipedia, gratis encyklopædi (2019). Analog computer. Taget fra: en.wikipedia.org.
2. Techopedia (2019). Analog computer. Taget fra: ceilingpedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Hvad er analog computer? - Definition. Elektroniske bemærkninger. Taget fra: ecomputernotes.com.
4. Encyclopaedia Britannica (2019). Analog computer. Taget fra: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 Forskelle mellem analoge og digitale computere. Taget fra: techwalla.com.
6. Den frie ordbog (2019). Analog computer. Taget fra: encyklopædi2.thefreediction.com.
7. Encyclopedia (2002). Computer, analog. Taget fra: encyclopedia.com.