Wyposażone komputery analogowe, komponenty, typy

Komputery analogowe Są rodzajem komputera, który wykorzystuje ciągle zmieniające się aspekty zjawisk fizycznych, takie jak ilości elektryczne, mechaniczne lub hydrauliczne, aby modelować problem, który jest rozwiązany.

Oznacza to, że są to komputery działające z liczbami reprezentowanymi przez bezpośrednio mierzalne wartości ciągłe, takie jak ciśnienie, temperatura, napięcie, prędkość i waga. Natomiast komputery cyfrowe reprezentują te wartości symbolicznie.

Źródło: x -15_analog_computer przez sposób, w jaki jest wykonany - https: // www.youtube.Com/Watch?V = PW1NAKLDGS, domena pubu, https: // commons.Wikimedia.org/w/indeks.Php?Curid = 52164169

Komputery analogowe mogą mieć bardzo szeroki zakres złożoności. Najprostsze są zasady obliczeń i nomogramy, podczas gdy komputery kontrolujące armaty morskie i duże komputery hybrydowe cyfrowe/analogowe są jednym z najbardziej skomplikowanych. W tym czasie były to pierwsze opracowane maszyny komputerowe.

Systemy kontroli procesu i przekaźniki ochrony wykorzystują obliczenia analogowe do wykonywania funkcji kontroli i ochrony.

W latach 60. głównym producentem była amerykańska firma Electronic Associates z komputerem analogowym 231R, z rurkami próżniowymi i 20 integratorami. Następnie, z komputerem analogowym 8800, ze wzmacniaczami operacyjnymi w stanie stałym i 64 integratorami.

[TOC]

Wymiana komputerów cyfrowych

W 60. 70 komputerach cyfrowych, opartych najpierw na rurkach próżniowych, a później na tranzystorach, zintegrowanych obwodach i mikroprocesorach, stały się tańsze i bardziej precyzyjne.

Doprowadziło to do w dużej mierze zastąpienia komputerów analogowych. Jednak komputery analogowe pozostały stosowane w zastosowaniach naukowych i przemysłowych, ponieważ w tym czasie były one zwykle znacznie szybsze.

Na przykład były one nadal używane w niektórych konkretnych aplikacjach, takich jak komputer lotniczy w samolocie.

Bardziej złożone zastosowania, takie jak syntetyczny radar otwierający, pozostawały pod domeną obliczeń analogowych aż do lat 80. XX wieku, ponieważ komputery cyfrowe były niewystarczające dla zadania.

Nawet obecnie badanie obliczeń analogowych. Niektóre uniwersytety nadal używają komputerów analogowych, aby uczyć teorii kontroli systemów sterowania.

Charakterystyka

Przetwarzanie danych analogowych

Komputer analogowy służy do przetwarzania danych analogowych, takich jak napięcie, temperatura, ciśnienie, prędkość itp. Ciągle przechowuje te dane fizyczne i wykonuje obliczenia za pomocą tych pomiarów.

Różni się zupełnie od komputera cyfrowego, który wykorzystuje liczby symboliczne do przedstawienia wyników.

Komputery analogowe są doskonałe w sytuacjach, które wymagają bezpośredniego pomiaru danych, bez przekształcania ich w liczby lub kody.

Użycie sygnałów analogowych

Komputer analogowy wykorzystuje sygnał analogowy, który może być reprezentowany jako fala sinusoidalna lub ciągła, która zawiera wartości różniące się w czasie.

Sygnał analogowy może się różnić pod względem szerokości lub częstotliwości. Wartość amplitudy to intensywność sygnału związanego z jego najwyższym punktem, zwanym grzebieniem i z najniższymi punktami. Z drugiej strony wartość częstotliwości to jej fizyczna długość od lewej do prawej.

Przykładami sygnałów analogowych są mowa ludzka lub mowa za pomocą zelektryfikowanego kabla miedzianego.

Komputery analogowe nie wymagają żadnej pojemności, ponieważ w jednej operacji mierzą i porównują ilości.

Ograniczona precyzja

Reprezentacje analogowe mają ograniczoną precyzję, zwykle z kilku dziesiętnych.

Precyzja komputera analogowego jest ograniczona przez jego elementy komputerowe, a także jakość energii wewnętrznej i połączeń elektrycznych.

Może ci służyć: do czego jest peryskop i do czego służy?

Głównie ogranicza dokładność używanego sprzętu do czytania, czyli na ogół trzech lub czterech dziesiętnych.

Programowanie

Programowanie na komputerze analogowym implikuje transformację równań problemowych w analogowy obwód komputerowy.

Do czego służą komputery analogowe?

Służy one do reprezentowania danych dla mierzalnych ilości, takich jak napięcie lub rotacja przekładni, w celu rozwiązania problemu, zamiast wyrażać dane jako liczby.

Monitorowanie i kontrolowanie

W systemach monitorowania i sterowania służą one do określenia wzoru kontrolnego i do obliczenia parametrów procesu, takich jak wydajność, moc, wydajność i inne.

Jeśli można przypisać wyrażenie matematyczne, które określa powiązanie parametru z współrzędnymi obiektu, komputer analogowy służy do rozwiązania odpowiedniego równania.

Na przykład komputery analogowe są szeroko stosowane do oceny efektywności ekonomicznej systemów energetycznych i mogą służyć jako automatyczne organy regulacyjne.

Często są one używane do kontrolowania procesów, takich jak te istniejące w rafineriach ropy, w których ważne są ciągłe pomiary przepływu i temperatury.

Zaawansowana analiza

Wielokrotne rozwiązywanie układu równań opisujących kontrolowany proces, komputer analogowy może w krótkim czasie skanować dużą liczbę alternatywnych rozwiązań. Aby to zrobić, użyj różnych wartości w parametrach podlegających zmianom podczas procesu.

Wymaganą jakość można zagwarantować, przez sygnały kontrolne ogłoszone przez komputer analogowy.

Wartości określone przez komputer są przesyłane do urządzenia regulacyjnego, które dostosowuje punkty sterowania.

Określenie niepokojących lub przydatnych sygnałów

Wielkość zakłócającego lub użytecznego sygnału jest określana przy użyciu równań różniczkowych, które opisują układ dynamiczny, wartości warunków początkowych, oprócz zmian określonych w statystykach mierzących szum i sygnał.

Komputer analogowy można również użyć do budowy instrumentów, które automatycznie rejestrują zakłócenia i wytwarzają sygnał sterujący, który będzie zależeć od postaci i ilości zakłóceń.

Symulacja systemów dynamicznych

Symulacje można wykonywać w czasie rzeczywistym lub przy bardzo dużych prędkości.

Były one szeroko stosowane w symulacjach samolotów, roślinach energii jądrowej, a także w przemysłowych procesach chemicznych.

składniki

Wzmacniacz operacyjny

Większość elektrycznych komputerów analogowych pracuje manipulowanie napięciami lub różnicami potencjalnymi. Jego podstawowym elementem jest wzmacniacz operacyjny, który jest urządzeniem, którego prąd wyjściowy jest proporcjonalny do różnicy potencjału wejściowego.

Wykonując ten przepływ prądu wyjściowego przez odpowiednie komponenty, można uzyskać więcej potencjalnych różnic i można przeprowadzić szeroką gamę operacji matematycznych, które obejmują sumę, odejmowanie, inwestycję i integrację.

Elektryczny komputer analogowy składa się z wielu rodzajów wzmacniaczy. Mogą one łączyć się z generowaniem matematycznego wyrażenia wielkiej złożoności i z wieloma zmiennymi.

Składniki hydrauliczne

Kluczowe składniki hydrauliczne mogą obejmować rury, zawory i pojemniki.

Składniki mechaniczne

Obrotowe osie mogą być transportowanie danych wewnątrz komputera, różnicowych biegów, integratorów dysków, kulki lub wałka, krzywki 2-D i 3-D, rozpuszczalników i mnożników mechanicznych oraz serwoterków.

Komponenty elektryczne i elektroniczne

- Precyzyjne opór i kondensatory.

- Wzmacniacze operacyjne.

- Mnożniki.

- Potencjometry.

- Naprawiono generatory funkcji.

Zgodnie z naturą operacji matematycznych

Liniowy

Komponenty liniowe wykonują sumę, integrację, zmiany znaków, mnożenie przez stałą i inne.

Może ci służyć: technologie budowlane

Nieliniowe

Funkcje generatory odtwarzają relacje nieliniowe. Istnieją komponenty komputerowe zaprojektowane do odtworzenia przypisanej funkcji, od jednego, dwóch lub więcej argumentów.

Zwykle jest rozróżnienie w tej klasie urządzenia, które odtwarzają nieciągłe funkcje jednego argumentu i mnożnika urządzeń dzielących.

Logiczny

Wśród komponentów logicznych są analogowe urządzenia logiczne, zaprojektowane w celu oddzielenia największej lub mniejszej ilości między kilkoma kwotami, dyskretnymi urządzeniami logicznymi, obwodami przełączania przekaźników i niektórymi innymi specjalnymi jednostkami.

Wszystkie urządzenia logiczne są ogólnie łączone w jednym, zwane równoległym urządzeniem logicznym. Jest wyposażony we własną płytę do połączeń do łączenia poszczególnych urządzeń logicznych i pozostałych komponentów analogowych komputera.

Chłopaki

Komputery mechaniczne

Są zbudowane z komponentów mechanicznych, takich jak dźwignie i koła zębate, zamiast komponentów elektronicznych.

Najczęstszymi przykładami są maszyny podsumowujące i liczniki mechaniczne, które wykorzystują rotację przekładni do tworzenia sum lub zliczeń. Bardziej złożone przykłady mogą przeprowadzić mnożenie i podziały, a nawet analizę różnicową.

Najbardziej praktyczne komputery mechaniczne używają obrotowych osi w celu transportu zmiennych z jednego mechanizmu do drugiego.

W syntezatorze Fouriera, który był maszyną do pływów, zastosowano kable i koła pasowe, które dodawały komponenty harmoniczne.

Ważne jest, aby wspomnieć o mechanicznych przyrządach lotniczych w początkowym statku kosmicznym, który wykazał obliczony wynik nie w postaci cyfr, ale poprzez przemieszczenia powierzchni wskaźników.

Dobrze migający statek kosmiczny wyposażono w instrument o nazwie Globus. To pokazało ruch figuratywny Ziemi przez przemieszczenie miniaturowego balonu lądowego, oprócz wskaźników szerokości i długości.

Komputery elektryczne

Są bardziej powszechne, ponieważ mają zasadniczo szerszy pasmo i są wygodne do łączenia się z innymi komputerami i elementami sterowania urządzeniem.

Używają sygnałów elektrycznych, które przepływają przez kilka rezystancji i kondensatorów do symulacji zjawisk fizycznych, zamiast mechanicznej interakcji komponentów.

Projektowanie elementów analogowych komputera oparte jest na elektronicznych wzmacniaczach prądowych. Mają wysoki wzrost w trybie otwartego obwodu.

W zależności od struktury obwodu wejściowego i sprzężenia zwrotnego wzmacniacz operacyjny wykonuje liniową lub nieliniową operację matematyczną. Także połączenie tych operacji.

Ten rodzaj komputerów analogowych miał szerokie zastosowanie w informatyce i technologii wojskowej w połowie XIX wieku, takich jak testy samolotów i rakiet.

Różnice z cyfrową

Transmisja sygnału

Sygnały cyfrowe mają dwa dyskretne stany, dezaktywowane lub aktywowane. Stan wyłączony wynosi zero woltów, a stan aktywowany wynosi pięć woltów. Dlatego komputery cyfrowe używają danych liczb binarnych w postaci 0 i 1.

Sygnały analogowe są ciągłe. Mogą mieć dowolną wartość między dwoma końcami, takimi jak -15 i +15 woltów. Napięcie sygnału analogowego może być stałe lub zmieniać w czasie.

To znaczy w komputerach analogowych dane są przesyłane w postaci ciągłych sygnałów. W komputerach cyfrowych są one przesyłane w postaci dyskretnych sygnałów.

Rodzaje obwodów

Obwody komputerów analogowych używają wzmacniaczy operacyjnych, generatorów sygnałów, sieci oporności i kondensatorów. Obwody te przetwarzają ciągłe sygnały napięcia.

Może ci służyć: aplikacji nie można poprawnie zainicjować. Błąd 0xc00007b

Komputery cyfrowe wykorzystują różnorodne obwody zapłonu/wyłączania, takie jak mikroprocesory, generatory impulsów zegara i drzwi logiczne.

Oznacza to, że komputer cyfrowy wykorzystuje obwody elektroniczne, podczas gdy komputer analogowy wykorzystuje rezystancje do ciągłego przepływu sygnału.

Precyzja

Komputery analogowe muszą radzić sobie z pewnym poziomem szumu elektrycznego w obwodach, wpływając na ich precyzję. Obwody komputera cyfrowego również mają szum elektryczny, chociaż nie ma to wpływu na precyzję ani niezawodność.

Z drugiej strony komputer analogowy nie może dawać powtarzających się wyników z dokładną równoważnością. Oznacza to, że komputery analogowe są mniej precyzyjne w porównaniu do komputerów cyfrowych.

Programowanie

Zarówno komputery analogowe, jak i cyfrowe można zaprogramować, chociaż metody są różne.

Komputery cyfrowe używają złożonych sekwencji instrukcji, takich jak porównywanie lub pomnożenie dwóch liczb lub przenoszenie danych z jednego miejsca do drugiego.

Aby zaprogramować komputer analogowy, łączą się elektrycznie z różnymi podsystemami kabli. Na przykład generator sygnału jest podłączony do pokrętła kontrolnego, aby zmieniać intensywność sygnału.

Przykłady

Zegar zamku

Ten słynny komputer był w stanie zapisać instrukcje programowania. Przy wysokości więcej niż trzy metry urządzenie pokazało czas, zodiak, a także orbity Słońca i Księżyca.

Część obliczeniowa urządzenia pozwoliła użytkownikom ustalić zmienny czas trwania dnia w zależności od sezonu. Opisany w 1206 roku, ten komputer był bardzo złożony.

Zasada zjeżdżalnia

Jednym z najprostszych i najbardziej rozpoznawalnych mechanicznych komputerów analogowych jest zasada obliczania. Jest to urządzenie do przybliżenia podstawowych obliczeń matematycznych.

Użytkownicy przesuwają oznaczony pręt, aby wyrównać go z kilkoma markami w innej pręcie, czytając urządzenie zgodnie z wyrównaniem tych różnych marek.

Analizator różnicowy

Ten mechaniczny komputer analogowy był w stanie rozwiązać równania różniczkowe. Z projektem tak starym, jak na początku 1800 roku, analizator różnicowy został udoskonalony w latach 30.

Jest uważany za pierwszy nowoczesny komputer. Ważył 100 ton i zawierał 150 silników, oprócz setek kilometrów kabli, które połączyły przekaźniki i rurki próżniowe.

Zgodnie z obecnymi standardami maszyna była powolna. W rzeczywistości było to tylko sto razy szybsze niż ludzki operator za pomocą kalkulatora komputerów stacjonarnych.

Inne przykłady

- Predyktor Kerrison.

- Librascope, równowaga komputera i wagi samolotu.

- Integratorzy mechaniczni, tacy jak planymetr.

- Nomogram.

- Norden Bombing Viewer.

- Komputery związane z ogniem.

- Integratorzy wody.

- Moniac, modelowanie ekonomiczne.

Rada symulacyjna była analogowym stowarzyszeniem użytkowników komputerów w Stanach Zjednoczonych.

Boletyny Rady Symulacji w latach 1952–1963 są obecnie dostępne online. Pokazują technologie w tym czasie, a także powszechne stosowanie komputerów analogowych.

Bibliografia

1. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2019). Komputer analogowy. Zaczerpnięte z: w.Wikipedia.org.
2. Ravepedia (2019). Komputer analogowy. Zaczerpnięte z: Ravepedia.com.
3. Diesh Thakur (2019). Co to jest komputer analogowy? - Definicja. Notatki ecomputer. Zaczerpnięte z: ecomputternotes.com.
4. Encyclopaedia Britannica (2019). Komputer analogowy. Zaczerpnięte z: Britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 różnic między komputerami analogowymi i cyfrowymi. Zaczerpnięte z: Techwalla.com.
6. The Free Dictionary (2019). Komputer analogowy. Zaczerpnięte z: encyklopedia2.wolny słownik.com.
7. Encyclopedia (2002). Komputer, analog. Zaczerpnięte z: encyklopedia.com.