The analogové počítače jsou typem počítače, který využívá neustále se měnící aspekty fyzikálních jevů, jako jsou elektrické, mechanické nebo hydraulické veličiny, k modelování řešeného problému.
To znamená, že jsou to počítače, které pracují s čísly představovanými přímo měřitelnými spojitými hodnotami, jako je tlak, teplota, napětí, rychlost a hmotnost. Naproti tomu digitální počítače představují tyto hodnoty symbolicky.
Analogové počítače mohou mít velmi širokou škálu složitosti. Nejjednodušší jsou diapozitivy a nomogramy, zatímco počítače, které ovládají námořní zbraně, a velké hybridní digitální / analogové počítače patří mezi nejkomplikovanější. V té době šlo o první vyvinuté počítačové stroje.
Systémy řízení procesů a ochranná relé používají k provádění řídicích a ochranných funkcí analogové výpočty.
V 60. letech byla hlavním výrobcem americká společnost Electronic Associates s analogovým počítačem 231R s elektronkami a 20 integrátory. Později s vaším 8800 analogovým počítačem s polovodičovými operačními zesilovači a 64 integrátory.
Rejstřík článků
V 60. a 70. letech se digitální počítače, založené nejprve na elektronkách a později na tranzistorech, integrovaných obvodech a mikroprocesorech, staly hospodárnějšími a přesnějšími..
To vedlo k tomu, že digitální počítače převážně nahradily analogové počítače. Analogové počítače se však nadále používaly ve vědeckých a průmyslových aplikacích, protože v té době byly obvykle mnohem rychlejší.
Například se nadále používaly v některých konkrétních aplikacích, jako je letový počítač v letadlech..
Složitější aplikace, jako například radar se syntetickou aperturou, zůstaly pod nadvládou analogových výpočtů až do 80. let, protože digitální počítače pro tento úkol nestačily..
Výzkum analogových výpočtů stále probíhá. Některé univerzity stále používají analogové počítače k výuce teorie řídicích systémů..
Analogový počítač se používá ke zpracování analogových dat, jako je napětí, teplota, tlak, rychlost atd. Neustále ukládá tato data fyzikálních veličin a pomocí těchto měření provádí výpočty..
Je zcela odlišný od digitálního počítače, který k vyjádření výsledků používá symbolická čísla..
Analogové počítače jsou skvělé pro situace, které vyžadují přímé měření dat, aniž by se převáděly na čísla nebo kódy.
Analogový počítač používá analogový signál, který může být reprezentován jako sinusová vlna nebo kontinuální vlna, která obsahuje hodnoty, které se mění v čase..
Analogový signál se může měnit v amplitudě nebo frekvenci. Hodnota amplitudy je intenzita signálu vztahující se k jeho nejvyššímu bodu, který se nazývá vrchol, a k jeho nejnižším bodům. Na druhou stranu je hodnotou frekvence její fyzická délka zleva doprava.
Příkladem analogových signálů je zvuk nebo lidská řeč prostřednictvím elektrifikovaného měděného drátu.
Analogové počítače nevyžadují žádnou úložnou kapacitu, protože v jedné operaci měří a porovnávají veličiny.
Analogové reprezentace mají omezenou přesnost, obvykle na několik desetinných míst.
Přesnost analogového počítače je omezena jeho výpočetními prvky, jakož i kvalitou vnitřního napájení a elektrického propojení..
Je to hlavně omezeno přesností použitého čtecího zařízení, které je obvykle tři nebo čtyři desetinná místa..
Programování v analogovém počítači zahrnuje transformaci rovnic problému do analogového počítačového obvodu.
Používají se k reprezentaci dat měřitelnými veličinami, jako jsou napětí nebo otáčení ozubeného kola, aby se vyřešil problém, namísto vyjádření dat jako čísla.
V monitorovacích a řídicích systémech se používají k určení řídicího vzorce a k výpočtu parametrů procesu, jako je účinnost, výkon, výkon a další..
Pokud lze přiřadit matematický výraz, který definuje asociaci parametru se souřadnicemi objektu, může analogový počítač vyřešit odpovídající rovnici.
Například analogové počítače jsou široce používány k hodnocení ekonomické účinnosti energetických systémů a mohou sloužit jako automatické regulátory.
Často se používají k řízení procesů, jako jsou procesy v ropných rafinériích, kde je důležité nepřetržité měření průtoku a teploty..
Opakovaným řešením systému rovnic, který popisuje řízený proces, může analogový počítač skenovat velké množství alternativních řešení v krátké době. K tomu používá různé hodnoty v parametrech, které se mohou během procesu změnit..
Požadovanou kvalitu lze zaručit pomocí řídicích signálů oznámených analogovým počítačem.
Hodnoty určené počítačem jsou přenášeny do regulačního zařízení, které upravuje kontrolní body.
Velikost rušivého nebo užitečného signálu se určuje pomocí diferenciálních rovnic, které popisují dynamický systém, hodnoty počátečních podmínek, kromě změn určených ve statistice, která měří šum a signál..
Analogový počítač lze také použít k výrobě přístrojů, které automaticky zaznamenávají poruchy a produkují řídicí signál, který bude záviset na charakteru a množství poruch..
Simulace lze provádět v reálném čase nebo při velmi vysokých rychlostech, což umožňuje experimentovat s opakovanými běhy se změněnými proměnnými..
Používají se značně v simulacích letadel, jaderných elektrárnách a také v průmyslových chemických procesech.
Většina elektrických analogových počítačů pracuje manipulací napětí nebo potenciálních rozdílů. Jeho základní součástí je operační zesilovač, což je zařízení, jehož výstupní proud je úměrný rozdílu jeho vstupního potenciálu..
Tím, že tento výstupní proud protéká příslušnými komponentami, se získá více potenciálních rozdílů a lze provádět širokou škálu matematických operací, včetně sčítání, odčítání, inverze a integrace..
Elektrický analogový počítač se skládá z mnoha typů zesilovačů. Mohou být spojeny, aby generovaly matematické vyjádření velké složitosti a s množstvím proměnných.
Klíčové hydraulické součásti mohou zahrnovat potrubí, ventily a nádoby.
Mohou existovat rotační osy pro přenos dat uvnitř počítače, diferenciální převody, diskové, kuličkové nebo válečkové integrátory, 2-D a 3-D vačky, mechanické rozlišovače a multiplikátory a servomotory..
- Přesné rezistory a kondenzátory.
- Operační zesilovače.
- Multiplikátory.
- Potenciometry.
- Generátory pevných funkcí.
Lineární komponenty provádějí operace sčítání, integrace, změny znaménka, násobení konstantou a další.
Generátory funkcí reprodukují nelineární vztahy. Existují počítačové komponenty určené k reprodukci přiřazené funkce z jednoho, dvou nebo více argumentů.
V této třídě je obvyklé rozlišovat zařízení, která reprodukují nespojité funkce jednoho argumentu, a zařízení dělící multiplikátor.
Mezi logické komponenty patří analogová logická zařízení určená k oddělení větší nebo menší veličiny mezi několika veličinami, diskrétní logická zařízení, reléové spínací obvody a některé další speciální jednotky..
Všechna logická zařízení jsou obecně kombinována do jednoho, který se nazývá paralelní logické zařízení. Je vybaven vlastním propojovacím panelem pro připojení jednotlivých logických zařízení k sobě navzájem ak dalším analogovým součástem počítače..
Jsou vyrobeny spíše z elektronických součástek, než jsou mechanické součásti, jako jsou páky a převody.
Nejběžnějším příkladem je přidávání strojů a mechanických čítačů, které používají otáčení ozubených kol k provádění sčítání nebo počítání. Složitější příklady by mohly provádět násobení a dělení a dokonce i diferenciální analýzu.
Nejpraktičtější mechanické počítače používají k přenosu proměnných z jednoho mechanismu do druhého rotující osy..
V Fourierově syntezátoru, který byl strojem pro předpovídání přílivu a odlivu, byly použity kabely a kladky, které přidávaly harmonické komponenty.
Je důležité zmínit mechanické letové přístroje v rané kosmické lodi, které ukázaly vypočítaný výsledek nikoli ve formě číslic, ale prostřednictvím posunů indikačních ploch..
Sovětské kosmické lodě s posádkou byly vybaveny nástrojem zvaným Globus. To ukazovalo kromě indikátorů zeměpisné šířky a délky také obrazný pohyb Země posunem miniaturního pozemského světa..
Jsou běžnější, protože mají podstatně širší propustné pásmo a jsou vhodné pro spojení s jinými počítači a s ovládacími prvky zařízení..
Používají elektrické signály protékající různými rezistory a kondenzátory k simulaci fyzikálních jevů, spíše než k mechanické interakci komponent.
Konstrukce analogových prvků počítače je založena na stejnosměrných elektronických zesilovačích. Ty mají vysoký zisk v režimu otevřeného obvodu.
V závislosti na struktuře vstupních a zpětnovazebních obvodů provádí operační zesilovač lineární nebo nelineární matematickou operaci. Také kombinace těchto operací.
Tento typ analogového počítače byl v polovině 20. století široce používán ve výpočetní a vojenské technologii, například v testech letadel a raket..
Digitální signály mají dva diskrétní stavy, vypnuté nebo zapnuté. Vypnutý stav je nula voltů a zapnutý stav je pět voltů. To je důvod, proč digitální počítače používají data binárního čísla ve formě 0 a 1.
Analogové signály jsou spojité. Mohou být kdekoli mezi dvěma extrémy, například -15 a +15 voltů. Napětí analogového signálu může být konstantní nebo se může časem měnit.
To znamená, že v analogových počítačích jsou data přenášena ve formě spojitých signálů. V digitálních počítačích jsou přenášeny ve formě diskrétních signálů.
Analogové počítačové obvody používají operační zesilovače, generátory signálu, rezistorové sítě a kondenzátory. Tyto obvody zpracovávají spojité napěťové signály.
Digitální počítače používají různé obvody zapnutí / vypnutí, jako jsou mikroprocesory, generátory hodin a logické brány..
To znamená, že digitální počítač používá elektronické obvody, zatímco analogový počítač používá rezistory pro nepřetržitý tok signálu..
Analogové počítače se musí vypořádat s určitou úrovní elektrického šumu v obvodech, což ovlivňuje jejich přesnost. Obvody digitálního počítače mají také elektrický šum, i když to nemá žádný vliv na přesnost nebo spolehlivost..
Na druhou stranu analogový počítač nemůže produkovat opakující se výsledky s přesnou shodou. To znamená, že analogové počítače jsou ve srovnání s digitálními počítači méně přesné..
Lze naprogramovat analogové i digitální počítače, i když metody se liší.
Digitální počítače používají složité posloupnosti pokynů, jako je například porovnávání nebo vynásobení dvou čísel nebo přesun dat z jednoho místa na druhé..
K programování analogového počítače jsou navzájem elektricky propojeny různé subsystémy pomocí kabelů. Například generátor signálu je připojen k ovládacímu knoflíku, aby se měnila intenzita signálu.
Tento slavný počítač byl schopen ukládat programovací instrukce. S výškou více než tři metry zařízení zobrazovalo čas, zvěrokruh a také oběžné dráhy Slunce a Měsíce.
Výpočetní část zařízení tak umožňovala uživatelům nastavit proměnnou délku dne v závislosti na ročním období. Popsaný v roce 1206, tento počítač byl na svou dobu velmi složitý.
Jedním z nejjednodušších a nejznámějších mechanických analogových počítačů je posuvné pravidlo. Jedná se o zařízení pro aproximaci základních matematických výpočtů.
Uživatelé zasunou označenou tyč, aby ji zarovnali s různými značkami na jiné tyči, čímž si zařízení přečtou na základě zarovnání těchto různých značek.
Tento mechanický analogový počítač byl schopen řešit diferenciální rovnice. S designem starým počátkem 19. století byl diferenciální analyzátor zdokonalen ve 30. letech 20. století a používal se až do poloviny 20. století..
Je považován za první moderní počítač. Vážil 100 tun a obsahoval 150 motorů, plus stovky kilometrů kabelů spojujících relé a vakuové trubice..
Podle dnešních standardů byl stroj pomalý. Ve skutečnosti to bylo jen asi stokrát rychlejší než lidské ovládání pomocí stolní kalkulačky..
- Prediktor Kerrison.
- Počítač Librascope, hmotnost a vyvážení letadel.
- Mechanické integrátory, jako je planimetr.
- Nomogram.
- Norden Bombardment Visor.
- Počítače související s řízením palby.
- Integrátory vody.
- MONIAC, ekonomické modelování.
Rada pro simulaci byla asociací uživatelů analogových počítačů ve Spojených státech.
Informační bulletiny Rady pro simulaci z let 1952 až 1963 jsou aktuálně k dispozici online. Ukazují tehdejší technologie a také běžné používání analogových počítačů.
Zatím žádné komentáře