Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое аналоговый компьютер, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое аналоговый компьютер, аналоговая вычислительная машина, авм , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров.
аналоговый компьютер или аналоговая вычислительная машина ( авм ) — вычислительная машина, которая представляет числовые данные при помощи аналоговых физических параметров (скорость, длина, напряжение, сила тока, давление), в чем и состоит его главное отличие от цифровой ЭВМ. Другим принципиальным отличием является отсутствие у АВМ хранимой программы, под управлением которой с помощью одной и той же вычислительной машины можно решать разнообразные задачи. Решаемая задача (класс задач) жестко определяется внутренним устройством АВМ и выполненными настройками (соединениями, установленными модулями, клапанами и т. п.). Даже для универсальных АВМ для решения новой задачи требовалась перестройка внутренней структуры устройства.
Антикитерский механизм, ок. 100 год до н. э.
Астролябия (1208 год, Персия)
Логарифмическая линейка
Примечание: для сравнения указаны отдельные этапы развития цифровых вычислительных устройств.
Одним из самых древних аналоговых приборов считается антикитерский механизм — механическое устройство, обнаруженное в 1902 году на затонувшем древнем судне недалеко от греческого острова Антикитера. Датируется приблизительно 100 годом до н. э. (возможно, до 150 года до н. э.). Хранится в Национальном археологическом музее в Афинах.
Астрологи и астрономы пользовались аналоговым прибором астролябия с IV века до нашей эры вплоть до XIX века нашей эры. Этот прибор использовался для определения положения звезд на небе и вычисления продолжительности дня и ночи. Современным потомком астролябии является планисфера — подвижная карта звездного неба, используемая в учебных целях.
Польская АВМ «ELWAT»
Наборное поле АВМ ELWAT
Электронный аналоговый компьютер MOHAI, построенный около 1953 года компанией Боинг
MOHAI вблизи
При работе аналоговый компьютер имитирует процесс вычисления, при этом характеристики, представляющие цифровые данные, в ходе времени постоянно меняются.
Результатом работы аналогового компьютера являются либо графики, изображенные на бумаге или на экране осциллографа, либо электрический сигнал, который используется для контроля процесса или работы механизма.
Эти компьютеры идеально приспособлены для осуществления автоматического контроля над производственными процессами, потому что они моментально реагируют на различные изменения во входных данных. Однако общая скорость их работы невысока, так как вычисления во многом опираются на переходные процессы в реактивных компонентах, а также ограничены частотной полосой и нагрузочной способностью операционных усилителей. Такого рода компьютеры широко использовались в научных исследованиях. Например, в таких экспериментах, в которых недорогие электрические или механические устройства способны имитировать изучаемые ситуации.
В ряде случаев с помощью аналоговых компьютеров возможно решать задачи, меньше заботясь о точности вычислений, чем при написании программы для цифровой ЭВМ. Например, для электронных аналоговых компьютеров без проблем реализуются задачи, требующие решения дифференциальных уравнений, интегрирования или дифференцирования. Для каждой из этих операций применяются специализированные схемы и узлы, обычно с применением операционных усилителей. Также интегрирование легко реализуется и на гидравлических аналоговых машинах.
См. : Аналоговый функциональный блок
Все функциональные блоки аналоговых вычислительных машин можно разделить на ряд групп:
Универсальные АВМ, как правило, содержат в своем составе:
также используются:
Схема масштабного звена, он же инвертор при k=1
и входная величина 
связаны зависимостью: 
Применяется, когда в АВМ при реализации структурной схемы модели необходимо произвести умножение на постоянный коэффициент 
. В качестве звена масштабирования может применяться блок суммирования, в котором 
и 
, а напряжение на выходе определяется зависимостью:
.
Запоминающее устройство
См. : Устройство выборки и хранения
Добротность АВМ — обобщенная характеристика аналоговой вычислительной машины, вычисляемая по формуле:
,
где 
— максимально возможное значение машинной переменной, 
— нижний предел возможного значения машинной переменной. Пределы, как правило, определяются экспериментально. Числовое значение зависит от уровня помех, ошибок аналоговых функциональных блоков, точности применяемой измерительной аппаратуры. Добротность мощных АВМ превышает 
.
Аналоговая ЭВМ «Newmark», 1960 года выпуска. Состоит из пяти блоков, использовалась для вычисления дифференциальных уравнений. Сейчас находится в Кембриджском технологическом музее
Все АВМ можно разделить на две основных группы:
АВМ механическая
Аналоговая вычислительная машина, в которой машинные переменные воспроизводятся механическими перемещениями. При решении задач на АВМ данного типа необходимо, кроме масштабирования переменных, производить силовой расчет конструкции и расчет мертвых ходов. Достоинствами механических АВМ являются высокая надежность и обратимость, позволяющая воспроизводить прямые и обратные математические операции. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Недостатки АВМ такого типа — высокая стоимость, сложность изготовления, большие габариты и вес, а также низкий коэффициент эффективности использования отдельных вычислительных блоков. Механические АВМ применяют при построении высоконадежных вычислительных устройств .
Общее название потоковых (пневматических и гидравлических) конструкций, предназначенных для вычислений и т. п. задач — пневмоника (см. Струйная логика) .
АВМ пневматическая
Аналоговая вычислительная машина, в которой переменные представлены в виде величин давления воздуха (газа) в различных точках специально построенной сети. Элементами такой АВМ являются дроссели, емкости и мембраны. Дроссели играют роль сопротивлений, могут быть постоянными, переменными, нелинейными и регулируемыми. Пневматические емкости представляют собой глухие или проточные камеры, давление в которых вследствие сжимаемости воздуха растет по мере их наполнения. Мембраны используются для преобразования давления воздуха. В состав пневматической АВМ могут входить усилители, сумматоры, интеграторы, функциональные преобразователи и множительные устройства, которые соединяются между собой при помощи штуцеров и шлангов. Пневматические АВМ уступают в быстродействии электронным. В среднем подвижные элементы такой АВМ имеют время срабатывания около десятой доли миллисекунды, следовательно, они могут пропускать частоты порядка 10 кГц. Такие АВМ отличаются значительными погрешностями, поэтому применяются там, где нельзя применять другие типы вычислительных машин: во взрывоопасных средах, в средах с высокими температурами, в автоматических системах химического производства. Из-за низкой стоимости и высокой надежности такие АВМ также применяют в металлургии, теплоэнергетике, газовой промышленности и т. п.
В 1960-х годах разрабатывались для получения средства дискретных вычислений с высокой радиационной стойкостью. Были разработаны элементы, выполняющие основные логические операции и элементы памяти без механических подвижных элементов.
Такие элементы очень долговечны, поскольку в них практически отсутствуют подвижные части, и, как следствие, нечему ломаться. В случае засорения каналов логические матрицы легко разбираются и промываются. Работает пневмокомпьютер от промышленной пневмосети. Логические матрицы легко штампуются на термопласт-автоматах из пластика. Для особых случаев матрица может быть изготовлена из тугоплавкой керамики, отлита из чугуна или другого сплава.
Сейчас пневмокомпьютеры используются в отраслях промышленности, где требуется повышенная вибрационная стойкость, работоспособность в очень широком диапазоне температур или требуется управление пневматическими силовыми устройствами. В последнем случае устраняется необходимость в преобразователях электрического сигнала в перемещение (электро-пневмопреобразователь + позиционер). Это — роботы и автоматика, работающие в металлургии, в горнорудной промышленности. Известны случаи управления элементами авиационных двигателей, автоматикой ракетных систем, силовыми приводами вертолетов и самолетов.
Существует также целая категория производств, агрегатов и установок, где применение электричества, даже самых низких напряжений, очень нежелательно. Это химия органических соединений, нефтеперегонные заводы, подземная добыча угля и руды. Они широко используют пневматическую автоматику.
Гидравлические АВМ
Трехмерный экспериментальный гидроинтегратор Лукьянова
В. С. Лукьянов в 1934 году предложил принцип гидравлических аналогий и в 1936 году реализовал первый «гидравлический интегратор» — устройство, предназначенное для решения дифференциальных уравнений, действие которого основано на протекании воды. В дальнейшем подобные устройства применялись в десятках организаций и использовались до середины 1980-х годов .
Первые экземпляры были скорее экспериментальными, были сделаны из жести и стеклянных трубок, и каждый мог использоваться для решения только одной задачи.
В 1941 году Лукьяновым был создан гидравлический интегратор модульной конструкции, который позволял собрать машину для решения разнообразных задач.
В 1949 году Уильям Филлипс создал гидравлический компьютер MONIAC.
В 1949—1955 годах в институте НИИСЧЕТМАШ был разработан интегратор в виде стандартных унифицированных блоков. В 1955 году на Рязанском заводе счетно-аналитических машин начался серийный выпуск интеграторов с заводской маркой «ИГЛ» (интегратор гидравлический системы Лукьянова).
В настоящее время два гидроинтегратора Лукьянова хранятся в Политехническом музее .
Электрические АВМ
АВМ с наборными полями
Это аналоговые вычислительные машины, в которых переменные представляются электрическим напряжением постоянного тока. Получили широкое распространение в связи с высокой надежностью, быстродействием, удобством управления и получения результатов.
Комбинированные АВМ
Не следует путать с Гибридный компьютер.
Страница инструкции с описанием точного аналогового механизма прицеливания американского бомбового прицела «Norden» для бомбардировщиков времен Второй мировой войны
Аналоговый бомбовый прицел «Norden» в сборе
US Navy Mk III Torpedo Data Computer, аналоговый компьютер для управления торпедным огнем. Использовался на американских субмаринах во время Второй мировой войны
Электромеханические АВМ
Примером комбинированной АВМ может служить электромеханические АВМ, в которых машинными переменными являются механические (обычно угол поворота) и электрические (обычно напряжение) величины. Специфическими для данного типа АВМ являются вращающиеся трансформаторы и тахогенераторы. АВМ данного типа менее надежны, чем механические, из-за наличия скользящих контактов.
АВМ матричного типа
АВМ матричного типа (групповая аналоговая машина) — аналоговая машина, в которой отдельные простейшие вычислительные блоки жестко соединяются в одинаковые типовые группы. В основном используется для моделирования дифференциальных уравнений. Задачу при этом предварительно необходимо свести к равносильной ей системе дифференциальных уравнений первого порядка. Каждая типовая группа вычислительных элементов используется для моделирования одного уравнения. АВМ матричного типа нуждается в определенном процессе масштабирования, при котором значения коэффициентов одного столбца матрицы должны иметь одинаковый порядок. Набор задач на таких АВМ сводится к установке коэффициентов и начальных условий. Недостатком АВМ этого типа является низкая эффективность использования отдельных блоков. К этому типу АВМ в основном относятся механические АВМ .
АВМ структурного типа
Структурная операционная аналоговая машина, в которой простейшие вычислительные блоки соединяются между собой в соответствии с математическими операциями решаемого уравнения. Используются для математического моделирования.
Быстрая АВМ
АВМ с периодизацией, с повторением решения — аналоговая вычислительная машина, в которой этапы решения задач автоматически повторяются с помощью системы коммутации. Предел частоты повторений определяется частотными характеристиками решающих элементов. Вычислительные элементы АВМ однократного действия (операционные усилители, функциональные преобразователи и т. п.) пригодны для использования в АВМ с периодизацией. В таких АВМ используются интеграторы с малой постоянной времени. Устройство быстродействующих АВМ более сложное, чем у АВМ однократного действия, так как используются специальные схемы для разряда конденсаторов в конце цикла и схемы для автоматического ввода начальных значений в начале каждого вычислительного цикла. Самое большее преимущество АВМ такого типа — возможность наблюдать изменение результата в зависимости от параметров в реальном времени. Быстродействующие АВМ используются для приблизительного определения передаточной функции физической системы по семейству ее переходных характеристик, для решения краевых задач, вычисления интеграла Фурье и корреляционного анализа.
Медленная АВМ
Аналоговая вычислительная машина однократного действия, в которой используются интеграторы с относительно большими постоянными времени. Решение типовых задач на таких АВМ длится от нескольких секунд до нескольких минут. При этом результат изменения параметров может быть зафиксирован только после завершения всех вычислительных циклов .
Итеративная АВМ
См. : Итератор
Аналоговая вычислительная машина, осуществляющая процесс решения задачи итерационным способом в течение определенного числа итераций. Специфика такой АВМ позволяет управлять ходом вычислений в заданные моменты времени. Например, возможно обрабатывать значения с выходов интеграторов и пересылать информацию из одного такта в другой в зависимости от условий .
Индикатор кулачкового аналогового компьютера
Аналоговые электронные компьютеры основываются на задании физических характеристик их составляющих. Обычно это делается методом включения-исключения некоторых элементов из цепей, которые соединяют эти элементы проводами, и изменением параметров переменных сопротивлений, емкостей и индуктивностей в цепях.
Автомобильная автоматическая трансмиссия является примером гидромеханического аналогового компьютера, в котором при изменении вращающего момента жидкость в гидроприводе меняет давление, что позволяет получить необходимый конечный коэффициент передачи.
До появления мощной и надежной цифровой аппаратуры аналоговые вычислители широко применялись в авиационной и ракетной технике, для оперативной обработки различной информации и последующего формирования сигналов управления в автопилотах и различных более сложных системах автоматического управления полетом, или другими специализированными процессами.
Помимо технических применений (автоматические трансмиссии, музыкальные синтезаторы), аналоговые компьютеры используются для решения специфических вычислительных задач практического характера. Например, кулачковый механический аналоговый компьютер, изображенный на фото, применялся в паровозостроении для аппроксимации кривых 4 порядка с помощью преобразований Фурье.
Механические компьютеры использовались в первых космических полетах и выводили информацию с помощью смещения индикатора поверхностей. С первого пилотируемого космического полета до 2002 года, каждый пилотируемый советский и российский космический корабль из серий Восток, Восход и Союз был оснащен компьютером «Глобус» , показывающим движение Земли через смещение миниатюрной копии земного шара и данные о широте и долготе.
В военной технике исторически выработалось еще одно название аналоговых вычислительных устройств для управления огнем артиллерии, высотного бомбометания и других военных задач, требующих сложных вычислений — это счетно-решающий прибор. Примером может служить прибор управления зенитным огнем.
Аналоговая техника интересна для военных двумя чертами: она крайне быстра, и в условиях помех работоспособность машины восстановится, как только помеха пропадет.
Сейчас аналоговые компьютеры уступили свое место цифровым технологиям, системам автоматики и обработки сигналов на основе некоторых микросхем FPGA для «смешанных» цифровых и аналоговых сигналов.
С математической точки зрения поразительно сходство между линейными механическими компонентами, такими как пружины и демпферы (демпферы для вязкой жидкости), и электрическими компонентами, такими как конденсаторы , индукторы и резисторы . Их можно смоделировать, используя уравнения той же формы.
Однако разница между этими системами в том, что делает аналоговые вычисления полезными. Если рассматривать простую систему масса-пружина, построение физической системы потребует создания или модификации пружин и масс. После этого их следует прикрепить друг к другу и к соответствующему якорю, собрать испытательное оборудование с соответствующим диапазоном входных сигналов и, наконец, провести измерения. В более сложных случаях, таких как подвески для гоночных автомобилей, экспериментальное строительство, модификация и испытания одновременно сложны и дороги.
Электрический эквивалент может быть построен с использованием нескольких операционных усилителей (ОУ) и некоторых пассивных линейных компонентов; все измерения можно проводить непосредственно с помощью осциллографа . В схеме (смоделированная) жесткость пружины, например, может быть изменена путем настройки параметров интегратора. Электрическая система является аналогом физической системы, отсюда и название, но она менее затратна в изготовлении, в целом более безопасна и, как правило, намного проще модифицировать.
Кроме того, электронная схема обычно может работать на более высоких частотах, чем моделируемая система. Это позволяет симуляции работать быстрее, чем в реальном времени (которое в некоторых случаях может длиться часы, недели или дольше). Опытные пользователи электронных аналоговых компьютеров говорят, что они предлагают сравнительно тщательный контроль и понимание проблемы по сравнению с цифровым моделированием.
Недостатком механико-электрической аналогии является то, что электроника ограничена диапазоном, в котором переменные могут изменяться из-за фиксированного напряжения питания. Следовательно, каждая проблема должна быть масштабирована в соответствии с ее параметрами и размерами - например, ожидаемыми величинами скорости и положением пружинного маятника . Проблемы с неправильным масштабированием могут страдать от более высокого уровня шума . Цифровые вычисления с плавающей запятой имеют огромный динамический диапазон, но могут также страдать от неточности, если крошечные различия в огромных значениях приводят к численной нестабильности .
Эти электрические схемы также могут легко выполнять самые разные симуляции. Например, напряжение может моделировать давление воды, а электрический ток может моделировать скорость потока в кубических метрах в секунду. Интегратор может предоставить общий накопленный объем жидкости, используя входной ток, пропорциональный (возможно, изменяющейся) скорости потока.
Аналоговая схема для динамики системы пружина-масса (без масштабных коэффициентов)
Демпфированное движение системы пружина-масса
Аналоговые компьютеры особенно хорошо подходят для представления ситуаций, описываемых дифференциальными уравнениями. Иногда они использовались, когда систему дифференциальных уравнений было очень трудно решить традиционными средствами. В качестве простого примера динамику системы пружина-масса можно описать уравнением 
, [ необходима ссылка ] с 
как вертикальное положение массы 
, 
коэффициент затухания ,
постоянная пружины и 
сила тяжести Земли . Для аналоговых вычислений уравнение запрограммировано как - 
. Эквивалентная аналоговая схема состоит из двух интеграторов для переменных состояния 
(скорость) и (положение), один инвертор и три потенциометра. Схема должна учитывать, что как интегрирующий, так и суммирующий блоки меняют полярность сигнала.
Точность аналогового компьютера ограничена его вычислительными элементами, а также качеством внутреннего питания и электрических соединений. Точность аналогового компьютерного считывания ограничивалась в основном точностью используемого считывающего оборудования, обычно трех или четырех значащих цифр. Точность цифрового компьютера ограничена размером слова; Арифметика произвольной точности , хотя и относительно медленная, обеспечивает любую практическую степень точности, которая может потребоваться. Однако в большинстве случаев точность аналогового компьютера абсолютно достаточна, учитывая неопределенность характеристик модели и ее технических параметров.
Многие небольшие компьютеры, предназначенные для конкретных вычислений, до сих пор являются частью промышленного регулирующего оборудования, но с 1950-х по 1970-е годы аналоговые компьютеры общего назначения были единственными системами, достаточно быстрыми для моделирования динамических систем в реальном времени, особенно в самолетах, военных и аэрокосмических. поле.
В 1960-х годах основным производителем была компания Electronic Associates из Принстона, штат Нью-Джерси , с аналоговым компьютером 231R (электронные лампы, 20 интеграторов), а затем с аналоговым компьютером EAI 8800 (твердотельные операционные усилители, 64 интегратора). [31] Его соперником была компания Applied Dynamics из Анн-Арбора, штат Мичиган .
Хотя основной технологией для аналоговых компьютеров обычно являются операционные усилители (также называемые «усилителями постоянного тока», потому что они не имеют ограничения по низкой частоте), в 1960-х годах во французском компьютере ANALAC была сделана попытка использовать альтернативную технологию: среднечастотная несущая и недиссипативные обратимые цепи.
В 1970-е годы у каждой крупной компании и администрации, занимающейся проблемами динамики, был большой центр аналоговых вычислений, например:
Электронные аналоговые компьютеры обычно имеют передние панели с многочисленными гнездами (одноконтактными розетками), которые позволяют соединительным шнурам (гибкие провода с вилками на обоих концах) создавать соединения, определяющие установку проблемы. Кроме того, существуют прецизионные потенциометры с высоким разрешением (переменные резисторы) для установки (и, при необходимости, изменения) масштабных коэффициентов. Кроме того, обычно имеется аналоговый стрелочный измеритель с нулевым центром для измерения напряжения с умеренной точностью. Стабильные и точные источники напряжения обеспечивают известные величины.
Типичные электронно-аналоговые компьютеры содержат от нескольких до сотни или более операционных усилителей («операционных усилителей»), названных так потому, что они выполняют математические операции. Операционные усилители - это особый тип усилителей с обратной связью с очень высоким коэффициентом усиления и стабильным входом (низким и стабильным смещением). Они всегда используются с прецизионными компонентами обратной связи, которые при работе практически компенсируют токи, поступающие от входных компонентов. Большинство операционных усилителей в представительной установке представляют собой суммирующие усилители, которые добавляют и вычитают аналоговые напряжения, обеспечивая результат на своих выходных разъемах. Кроме того, обычно в комплект входят операционные усилители с конденсаторной обратной связью; они интегрируют сумму своих входов по времени.
Интегрирование по другой переменной - почти исключительная прерогатива механических аналоговых интеграторов; это почти никогда не делается в электронных аналоговых компьютерах. Однако, учитывая, что решение проблемы не меняется со временем, время может служить одной из переменных.
Другие вычислительные элементы включают аналоговые умножители, генераторы нелинейных функций и аналоговые компараторы.
Электрические элементы, такие как индукторы и конденсаторы, используемые в электрических аналоговых компьютерах, должны были быть тщательно изготовлены, чтобы уменьшить неидеальные эффекты. Например, при создании анализаторов силовых цепей переменного тока одним из мотивов использования более высоких частот для вычислителя (вместо фактической частоты сети) было то, что более качественные катушки индуктивности могут быть более легко изготовлены. Многие аналоговые компьютеры общего назначения полностью избегают использования катушек индуктивности, переделывая проблему в форме, которая может быть решена с использованием только резистивных и емкостных элементов, поскольку высококачественные конденсаторы относительно легко изготовить.
Использование электрических свойств в аналоговых компьютерах означает, что расчеты обычно выполняются в реальном времени (или быстрее), со скоростью, определяемой в основном частотной характеристикой операционных усилителей и других вычислительных элементов. В истории электронных аналоговых компьютеров было несколько особых высокоскоростных типов.
Нелинейные функции и вычисления могут быть построены с ограниченной точностью (три или четыре цифры) путем разработки генераторов функций - специальных схем из различных комбинаций резисторов и диодов для обеспечения нелинейности. Как правило, по мере увеличения входного напряжения все больше диодов проводят.
При компенсации температуры прямое падение напряжения на переходе база-эмиттер транзистора может обеспечить достаточно точную логарифмическую или экспоненциальную функцию. Операционные усилители масштабируют выходное напряжение, чтобы его можно было использовать с остальной частью компьютера.
Любой физический процесс, моделирующий некоторые вычисления, можно интерпретировать как аналоговый компьютер. Некоторые примеры, придуманные с целью иллюстрации концепции аналоговых вычислений, включают использование связки спагетти в качестве модели сортировки чисел ; доска, набор гвоздей и резинка как модель нахождения выпуклой оболочки набора точек; и строки, связанные вместе, как модель поиска кратчайшего пути в сети. Все они описаны у Дьюдни (1984).
Аналоговые вычислительные устройства быстры, цифровые вычислительные устройства более универсальны и точны, поэтому идея состоит в том, чтобы объединить два процесса для максимальной эффективности. Примером такого гибридного элементарного устройства является гибридный умножитель, в котором один вход представляет собой аналоговый сигнал, другой вход представляет собой цифровой сигнал, а выход является аналоговым. Он действует как аналоговый потенциометр, обновляемый в цифровом виде. Этот вид гибридной техники в основном используется для быстрых выделенных вычислений в реальном времени, когда время вычисления очень критично при обработке сигналов для радаров и, как правило, для контроллеров во встроенных системах .
В начале 1970-х производители аналоговых компьютеров пытались связать свои аналоговые компьютеры с цифровыми, чтобы получить преимущества этих двух методов. В таких системах цифровой компьютер управлял аналоговым компьютером, обеспечивая начальную настройку, инициируя множество аналоговых прогонов, а также автоматически вводя и собирая данные. Цифровой компьютер может также участвовать в самом расчете с помощью аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей .
Крупнейшим производителем гибридных компьютеров была компания Electronics Associates. Их гибридная компьютерная модель 8900 состояла из цифрового компьютера и одной или нескольких аналоговых консолей. Эти системы в основном предназначались для крупных проектов, таких как программа Apollo и Space Shuttle в НАСА или Ariane в Европе, особенно на этапе интеграции, когда вначале все моделируется, а моделируемые части постепенно заменяются реальными компонентами. [32]
Только одна компания была известна как предлагающая общие коммерческие вычислительные услуги на своих гибридных компьютерах, CISI из Франции, в 1970-х годах.
Лучшим справочным материалом в этой области являются 100 000 прогонов моделирования для каждой сертификации систем автоматической посадки самолетов Airbus и Concorde . [33]
После 1980 года чисто цифровые компьютеры развивались все быстрее и быстрее и были достаточно быстрыми, чтобы конкурировать с аналоговыми компьютерами. Одним из ключей к скорости аналоговых компьютеров было их полностью параллельное вычисление, но это также было ограничением. Чем больше уравнений требовалось для решения проблемы, тем больше требовалось аналоговых компонентов, даже если проблема не была критичной по времени. «Программирование» проблемы означало соединение аналоговых операторов; даже со съемной коммутационной панелью это было не очень универсально. Сегодня больше нет больших гибридных компьютеров, а есть только гибридные компоненты.
В целом аналоговые компьютеры ограничены неидеальными эффектами. Аналоговый сигнал состоит из четырех основных компонентов: постоянного и переменного тока, величины частоты и фазы. Реальные пределы диапазона этих характеристик ограничивают аналоговые компьютеры. Некоторые из этих ограничений включают смещение операционного усилителя, конечное усиление и частотную характеристику, минимальный уровень шума , нелинейности , температурный коэффициент и паразитные эффекты в полупроводниковых устройствах. Для имеющихся в продаже электронных компонентов диапазоны этих аспектов входных и выходных сигналов всегда являются показателями качества .
Польский электронный аналоговый компьютер «AKAT-1»
Среди аналоговых вычислительных устройств можно выделить:
 |
Использование FERMIAC
FERMIAC — аналоговый компьютер, изобретенный физиком Энрико Ферми в 1946 году для помощи в его исследованиях. Использовался метод Монте-Карло для моделирования перемещения нейтронов в различных типах ядерных систем. При заданном начальном распределении нейтронов целью моделирования является разработка многочисленных «генеалогий нейтронов» или моделей поведения отдельных нейтронов, включая каждое столкновение, рассеяние и деление ядра. На каждом этапе для принятия решений о поведении нейтронов использовались псевдослучайные числа, «генерируемые» настройками барабанов данного устройства.
«Итера́тор» — специализированная АВМ, предназначенная для решения линейных краевых задач систем линейных дифференциальных уравнений. Разработана в Институте кибернетики АН УССР в 1962 году.
«Итератор» решает краевую задачу итерационным способом Ньютона, сводящим ее к решению нескольких дифференциальных уравнений с заданными начальными условиями. Этот алгоритм заключается в определении матрицы первых производных по компонентам вектора начальных условий и автоматического поиска решения краевой задачи с использованием этой матрицы. Благодаря примененному методу, сходимость итерационного процесса с заданной допустимой ошибкой решения обеспечивается за три-четыре итерации.
Кроме систем дифференциальных уравнений с постоянными и переменными коэффициентами 2n-го порядка с линейными краевыми условиями, «Итератор» решает системы линейных алгебраических уравнений n-го порядка с произвольной матрицей коэффициентов.
Характеристики
Семейство аналоговых вычислительных машин. Название является аббревиатурой слов «модель нелинейная». Были предназначены для решения задач Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений. Наиболее совершенным представителем машин этого ряда была машина «МН-18» — АВМ средней мощности, предназначенная для решения методами математического моделирования сложных динамических систем, описываемых дифференциальными уравнениями до десятого порядка в составе аналого-цифрового вычислительного комплекса или самостоятельно. Схема управления позволяет производить одновременно и разделенный запуск интеграторов по группам, однократное решение задач и решение задач с повторением. Допустимо объединение до четырех машин МН-18 в единый комплекс.
Характеристики
Мозг человека — самое мощное и эффективное «аналоговое устройство» из существующих. И хотя передача нервных импульсов происходит за счет дискретных сигналов, информация в нервной системе не представлена в цифровом виде. Нейрокомпьютеры — аналоговые, гибридные компьютеры (модели, реализованные на цифровых ЭВМ), построенные на элементах, которые работают аналогично клеткам мозга .
Исследование, описанное в статье про аналоговый компьютер, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое аналоговый компьютер, аналоговая вычислительная машина, авм и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров
Комментарии
Оставить комментарий
Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров
Термины: Компьютерная схемотехника и архитектура компьютеров