Analogový počítač
Analogový počítač je počítač , který využívá fyzikální jevy spojené se spojitými proměnnými k modelování problému, který má být vyřešen; lze například použít elektrické , hydraulické nebo mechanické veličiny . Tím se odlišuje od nejběžnějších digitálních procesorů, které místo toho pracují na numerických reprezentacích dat .
Protože analogový počítač nepoužívá jednotlivé hodnoty, ale spojité hodnoty, opakování procesu není jisté, že dostane přesně stejný výsledek, jaký zaručuje Turingův stroj . Analogové počítače, které pracují na spojitých veličinách, netrpí kvantizačním šumem , ale analogovým šumem . V minulosti byly analogové počítače široce používány, protože se vyznačovaly vynikajícím výkonem než digitální počítače té doby, přecházely od jednoduchých logických pravítek ke komplexním zaměřovacím systémům pro námořní dělostřelectvo .
Historie analogových počítačů
- Antikythera Machine je nejstarší známá analogová kalkulačka. Byl navržen pro výpočet astronomických pozic . Byl objeven v roce 1901 u řeckého ostrova Cerigotto (Antikythéra), severovýchodně od Kréty , a byl datován do období mezi 100 př . n. l. a 150 př . n. l . Helénismus byl mnohem pokročilejší, než se dříve myslelo. Zařízení srovnatelné složitosti by se objevila až o tisíciletí později.
- Posuvné pravítko je analogová kalkulačka pro násobení a dělení. Byl vynalezen kolem roku 1620 - 1630 , krátce po zveřejnění konceptu logaritmu , který je základem jeho fungování.
- Diferenciální analyzátor je mechanický analogový kalkulátor určený k řešení diferenciálních rovnic pomocí kol a dalších mechanismů. Vynalezen v roce 1876 [ 1] byl poprvé postaven ve 20. a 30. letech 20. století. [2]
- Algebraická kalkulačka od Leonarda Torrese y Queveda , představená v roce 1893 na Španělské akademii věd a fyziky, je mechanická analogová kalkulačka schopná řešit algebraické rovnice nacházením i komplexních řešení s přesností menší než jedna tisícina. Torresova kalkulačka je uložena v muzeu ETS de Ingenieros de Caminos na madridské polytechnice
- Zaměřovací systémy 2. světové války pro děla a bomby používaly analogové počítače. [3]
- Počítač MONIAC byl hydraulický model národního hospodářství postavený v padesátých letech minulého století. [4]
- Heathkit EC-1 byly analogové počítače postavené „Heath Company“ v USA v roce 1960. [5]
- „Kvantový výpočetní systém Orion“ od D-Wave Systems , první fungující kvantový počítač , který fungoval jako analogový počítač. [6]
Elektronické analogové počítače
Podobnost mezi lineárními mechanickými součástmi, jako jsou pružiny a tlumiče, a elektrickými součástmi, jako jsou kondenzátory, induktory a odpory, lze popsat matematickými pojmy: lze je modelovat pomocí rovnic, které mají v podstatě stejný tvar.
Rozdíl mezi těmito systémy je však to, co dělá analogové výpočty užitečnými. Pokud uvažujete o jednoduchém systému pružina-hmotnost, budování fyzického systému by vyžadovalo, abyste si koupili pružiny a hmoty. Pak bychom postupovali tak, že mezi ně připojili vhodnou kotvu, vše napojili na sadu vhodně nastaveného testovacího zařízení a nakonec bychom mohli provádět měření (často obtížně dosažitelná).
Elektrický ekvivalent lze sestavit s několika operačními zesilovači a několika pasivními lineárními součástkami; všechna měření mohou být prováděna osciloskopem nebo častěji plotrem buď z důvodu pomalého zpracování nebo pro udržení trvalé stopy vykonané práce. V obvodu lze „hmotnost pružiny“ (simulovanou) měnit pomocí potenciometru. Elektrický systém je analogií fyzického systému, ale je levnější, bezpečnější a snáze se upravuje. Plně elektronické analogové počítače jsou také extrémně rychlé, protože výpočet je dokončen rychlostí, kterou signál prochází obvodem, což je obecně znatelný zlomek rychlosti světla.
Nevýhodou mechanicko-elektrické analogie je, že elektronické části jsou omezeny rozsahem, ve kterém se mohou proměnné měnit. Tomu se říká dynamický rozsah . Omezuje je také elektrický šum.
Tyto elektrické obvody mohou provádět i jiné simulace. Například napětí může simulovat tlak vody a proud může simulovat průtok vody v metrech krychlových za sekundu.
Často dochází k nedostatečnému porozumění ohledně elektrických systémů, což někdy vede k termínům analogový a digitální v pochybných nebo matoucích významech. Analogové systémy jsou někdy známé pouze jako spojité elektrické systémy, které se v průběhu času mění. Jak je vysvětleno výše , je to nesprávné, protože lze modelovat i nespojité funkce. Ve skutečnosti i pojem digitální má dobře definovanou technickou definici. V souvislosti s obvody se odkazuje na použití diskrétních úrovní elektrického napětí jako kódů pro symboly a manipulaci s takovými symboly v provozu digitálního počítače. Analogový elektronický počítač manipuluje s fyzikálními veličinami voltů nebo ampérů ve tvaru vlny. V důsledku toho je přesnost čtení (racionálních čísel) analogového počítače omezena kvantizací použitého čtecího zařízení. Přesnost digitálního počítače musí být nutně konečná, ale přesnost výsledku je omezena pouze časem.
V oblasti hudby existují Modular Moog : plnohodnotné analogové počítače.
Hybridní analogově-digitální počítač
Existuje zprostředkující zařízení, známé jako hybridní počítač, kde je digitální počítač kombinován s analogovým. Hybridní počítače se používají k získání velmi přesné, ale ne přesné „počáteční“ hodnoty, využívající analogový počítač jako rozhraní, přiváděné do iterativního procesu prováděného digitálním počítačem, aby se dosáhlo požadovaného konečného stupně přesnosti. Se třemi nebo čtyřmi číslicemi, což je vysoce přesný numerický základ, se celkový digitální výpočetní čas potřebný k dosažení požadované přesnosti dramaticky zkrátí, protože je zapotřebí několik dalších iterací. Analogový počítač lze například použít k řešení neanalytického problému popsaného diferenciální rovnicí pro použití v rámci obecnějších výpočtů (kde přesnost není příliš důležitá). Hybridní počítač je však obvykle podstatně rychlejší než digitální počítač a nabízí přesnější výpočty než analogový počítač. Je užitečný pro výpočty v reálném čase, které vyžadují takovou kombinaci (například vysokofrekvenční radar s fázovým polem nebo systém pro výpočet počasí).
Poznámky
- ^ Thomson, James, An Integrating Machine having a new Kinematic Principle , in Proceedings of the Royal Society , sv. 24, 1876, str. 262-5, DOI : 10.1098 / rspl.1875.0033 .
- ^ Karl L. Wildes, Nilo A. Lindgren, Století elektrotechniky a informatiky na MIT, 1882-1982 (Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1985), strany 90-92
- ^ ( PDF ) Mechanické analogové počítače Hannibala Forda a Williama Newella
- ^ Fortune Magazine – březen 1952, „The Moniac: učení ekonomie za třicet fascinujících minut“, s. 100-101.
- ^ EC-1 Vzdělávací analogový počítač , na heathkit-museum.com . Získáno 17. ledna 2009 (archivováno z originálu 1. ledna 2009) .
- ^ Start-up demo kvantový počítač Autor Michael Kanellos Staff Writer, CNET News.com, Publikováno: 14. února 2007 Přístup 16. února 07. „Podle Alexey Andreeva, rizikového kapitálu v Harris & Harris a investor do D-Wave. Odpovědi na programy běžící na počítači přicházejí ve formě fyzické simulace. Odpovědi na problémy v digitálních počítačích jsou v podstatě matematická řešení."
Praktické příklady
- Hodiny z řady Vickers
- Dumaresq
- Mechanické snímače, jako je planimetr
- Nomogram
- Počítač torpédových dat
- Analogové výpočetní stroje od Leonarda Torrese y Queveda
- Torquetum
- Centrální systém řízení palby Boeingu B-29 Superfortress
- Analogové počítače Donner
Související položky
Další projekty
Wikimedia Commons obsahuje obrázky nebo jiné soubory na analogovém počítači
Externí odkazy
- ( EN ) Analogový počítač , v Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
