ANALOGIE DATORI: RAKSTURLIELUMI, KOMPONENTI, VEIDI - TEHNOLOĢIJAS - 2025

Par analogais dators ir dators, kas izmanto pastāvīgi mainīgajā aspektus fiziskās parādības, piemēram, elektrības daudzuma, mehāniskiem vai hidrauliskiem veids, lai modelētu problēma tiek atrisināta.

Tas ir, tie ir datori, kas darbojas ar skaitļiem, kurus attēlo tieši izmērāmas nepārtrauktas vērtības, piemēram, spiediens, temperatūra, spriegums, ātrums un svars. Turpretī digitālie datori simboliski attēlo šīs vērtības.

Avots: X-15_Analog_computer Pēc tā izveidošanas - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52164169

Analogajiem datoriem var būt ļoti plašs sarežģītības diapazons. Vienkāršākie ir slīdēšanas noteikumi un nomogrammas, savukārt sarežģītākie ir datori, kas kontrolē jūras ieročus, un lieli hibrīdi digitālie / analogie datori. Tajā laikā viņi bija pirmie, kas izstrādāja datormašīnas.

Procesa vadības sistēmas un aizsardzības releji vadības un aizsardzības funkciju veikšanai izmanto analogo skaitļošanu.

60. gados galvenais ražotājs bija amerikāņu uzņēmums Electronic Associates ar savu 231R analogo datoru ar vakuuma caurulēm un 20 integratoriem. Vēlāk ar savu 8800 analogo datoru, ar cietvielu op pastiprinātājiem un 64 integratoriem.

Aizvietošana ar digitāliem datoriem

60. un 70. gados digitālie datori, kas vispirms balstījās uz vakuuma caurulēm un vēlāk uz tranzistoriem, integrētajām shēmām un mikroprocesoriem, kļuva ekonomiskāki un precīzāki.

Tas noveda pie tā, ka digitālie datori lielā mērā aizstāja analogos datorus. Tomēr analogos datorus turpināja izmantot zinātniskos un rūpnieciskos lietojumos, jo tajā laikā tie parasti bija daudz ātrāki.

Piemēram, tos turpināja izmantot dažās īpašās lietojumprogrammās, piemēram, lidojuma datorā lidmašīnās.

Sarežģītākas lietojumprogrammas, piemēram, sintētiskās diafragmas radars, analogās skaitļošanas tehnikas dominē arī 80. gados, jo digitālie datori nebija pietiekami uzdevuma veikšanai.

Joprojām turpinās pētījumi par analogo skaitļošanu. Dažas universitātes joprojām izmanto analogos datorus, lai mācītu vadības sistēmu teoriju.

raksturojums

Analogā datu apstrāde

Analogais dators tiek izmantots, lai apstrādātu analogos datus, piemēram, spriegumu, temperatūru, spiedienu, ātrumu utt. Tas pastāvīgi glabā šos datus par fizikālajiem lielumiem un ar šo mērījumu palīdzību veic aprēķinus.

Tas ievērojami atšķiras no digitālā datora, kura rezultātu attēlošanai tiek izmantoti simboliski skaitļi.

Analogie datori ir lieliski piemēroti situācijām, kad dati ir jāmēra tieši, nepārveidojot tos skaitļos vai kodos.

Izmantojot analogos signālus

Analogais dators izmanto analogo signālu, ko var attēlot kā nepārtrauktu vai sinusoidālu vilni, kas satur vērtības, kas laika gaitā mainās.

Analogais signāls var atšķirties pēc amplitūdas vai frekvences. Amplitūdas vērtība ir signāla intensitāte, kas saistīta ar tā augstāko punktu, ko sauc par cerkusu, un tā zemākajiem punktiem. No otras puses, frekvences vērtība ir tās fiziskais garums no kreisās uz labo.

Analogo signālu piemēri ir skaņa vai cilvēka runa caur elektrificētu vara stiepli.

Analogie datori neprasa nekādu atmiņas ietilpību, jo vienā darbībā tie mēra un salīdzina daudzumus.

Ierobežota precizitāte

Analogajiem attēlojumiem ir ierobežota precizitāte, parasti līdz dažām zīmēm aiz komata.

Analogā datora precizitāti ierobežo tā skaitļošanas elementi, kā arī iekšējās enerģijas un elektrisko savienojumu kvalitāte.

To galvenokārt ierobežo izmantotā lasīšanas aprīkojuma precizitāte, kas parasti ir trīs vai četras zīmes aiz komata.

Programmēšana

Programmēšana analogā datorā ietver problēmas vienādojumu pārveidošanu analogā datora shēmā.

Kam domāti analogie datori?

Tos izmanto, lai attēlotu datus ar izmērāmiem lielumiem, piemēram, spriegumiem vai pārnesumu griešanos, lai atrisinātu problēmu, tā vietā, lai datus izteiktu kā skaitļus.

Uzraudzība un kontrole

Uzraudzības un kontroles sistēmās tos izmanto, lai noteiktu kontroles formulu un aprēķinātu procesa parametrus, piemēram, efektivitāti, jaudu, veiktspēju un citus.

Ja jūs varat piešķirt matemātisku izteiksmi, kas nosaka parametra saistību ar objekta koordinātām, analogs dators var atrisināt atbilstošo vienādojumu.

Piemēram, analogos datorus plaši izmanto, lai novērtētu energosistēmu ekonomisko efektivitāti, un tie var kalpot kā automātiskie regulatori.

Tos bieži izmanto, lai kontrolētu procesus, piemēram, naftas pārstrādes rūpnīcās, kur ir svarīgi veikt nepārtrauktus plūsmas un temperatūras mērījumus.

Izvērstā analīze

Atkārtoti risinot vienādojumu sistēmu, kas apraksta kontrolētu procesu, analogs dators īsā laikā var skenēt lielu skaitu alternatīvu risinājumu. Lai to izdarītu, tas izmanto dažādas parametru vērtības, kuras procesa laikā var mainīt.

Nepieciešamo kvalitāti var garantēt ar vadības signālu palīdzību, ko izsludina analogs dators.

Datora noteiktās vērtības tiek pārsūtītas uz regulēšanas ierīci, kas noregulē vadības punktus.

Traucējošu vai noderīgu signālu noteikšana

Traucējoša vai noderīga signāla lielumu nosaka, izmantojot diferenciālvienādojumus, kas apraksta dinamisko sistēmu, sākotnējo apstākļu vērtības, papildus izmaiņām statistikā, kas nosaka troksni un signālu.

Analogu datoru var izmantot arī, lai izveidotu instrumentus, kas automātiski reģistrē traucējumus un rada vadības signālu, kas būs atkarīgs no traucējumu rakstura un daudzuma.

Dinamisko sistēmu modelēšana

Simulācijas var veikt reālā laikā vai ar ļoti lielu ātrumu, tādējādi ļaujot eksperimentēt ar atkārtotiem braucieniem ar mainītajiem mainīgajiem.

Tos plaši izmanto lidmašīnu simulācijās, atomelektrostacijās un arī rūpnieciski ķīmiskajos procesos.

Komponenti

Darbības pastiprinātājs

Lielākā daļa elektrisko analogo datoru darbojas, manipulējot ar spriegumiem vai potenciālajām atšķirībām. Tās pamatkomponents ir darbības pastiprinātājs, kas ir ierīce, kuras izejas strāva ir proporcionāla tās ieejas potenciāla starpībai.

Liekot šai izejas strāvai plūst caur atbilstošajiem komponentiem, tiek iegūtas vairāk potenciālo atšķirību un var veikt ļoti dažādas matemātiskas operācijas, ieskaitot saskaitīšanu, atņemšanu, inversiju un integrāciju.

Elektrisko analogo datoru veido daudzu veidu pastiprinātāji. Tos var savienot, lai izveidotu ļoti sarežģītas matemātiskas izteiksmes un ar daudziem mainīgajiem.

Hidrauliskās sastāvdaļas

Galvenās hidrauliskās sastāvdaļas varētu būt caurules, vārsti un konteineri.

Mehāniskās sastāvdaļas

Datu transportēšanai datorā var būt rotējošas asis, diferenciālie pārnesumi, disku, lodīšu vai rullīšu integratori, 2-D un 3-D izciļņi, mehāniskie sadalītāji un reizinātāji, kā arī servo-griezes momenti.

Elektriskās un elektroniskās detaļas

- precīzi rezistori un kondensatori.

- Operatīvie pastiprinātāji.

- Reizinātāji.

- Potenciometri.

- Fiksētu funkciju ģeneratori.

Atbilstoši matemātisko operāciju raksturam

Lineārs

Lineārie komponenti veic pievienošanas, integrācijas, zīmju maiņas, reizināšanas ar konstantu un citas operācijas.

Nelineārs

Funkciju ģeneratori reproducē nelineāras attiecības. Ir datoru komponenti, kas izveidoti, lai reproducētu piešķirto funkciju no viena, diviem vai vairākiem argumentiem.

Šajā klasē ir ierasts nošķirt ierīces, kas reproducē viena argumenta pārtrauktās funkcijas, no reizinātāju dalītāju ierīcēm.

Loģiski

Starp loģikas komponentiem ir analogās loģiskās ierīces, kas paredzētas lielāka vai mazāka daudzuma atdalīšanai starp dažādiem daudzumiem, diskrētas loģiskās ierīces, releja komutācijas ķēdes un dažas citas īpašas vienības.

Visas loģiskās ierīces parasti tiek apvienotas vienā, ko sauc par paralēlo loģisko ierīci. Tas ir aprīkots ar savu plākstera paneli, lai savienotu atsevišķas loģiskās ierīces savā starpā un ar citiem datora analogiem komponentiem.

Veidi

Mehāniskie datori

Tie ir izgatavoti no mehāniskām sastāvdaļām, piemēram, svirām un pārnesumiem, nevis no elektroniskiem komponentiem.

Visizplatītākie piemēri ir mašīnu un mehānisko skaitītāju pievienošana, kuru papildināšanai vai skaitīšanai izmanto zobratu pagriešanu. Sarežģītākos piemēros varētu veikt reizināšanu un dalīšanu, un pat diferenciālo analīzi.

Praktiskākie mehāniskie datori mainīgo lielumu pārvietošanai no viena mehānisma uz citu izmanto rotējošas asis.

Furjē sintezatorā, kas bija mašīna plūdmaiņu prognozēšanai, tika izmantoti kabeļi un skriemeļi, kas pievienoja harmoniskos komponentus.

Ir svarīgi pieminēt mehāniskos lidojuma instrumentus agrīnajā kosmosa kuģī, kas parādīja aprēķināto rezultātu nevis ciparu formā, bet ar indikatoru virsmu pārvietojumiem.

Pilnvarotie padomju kosmosa kuģi tika aprīkoti ar instrumentu ar nosaukumu Globus. Tas parādīja figurālu Zemes kustību, pārvietojot miniatūru zemes zemeslodi, papildus platuma un garuma rādītājiem.

Elektriskie datori

Tie ir biežāk sastopami, jo tiem ir ievērojami plašāka caurlaides josla un tie ir ērti savienošanai ar citiem datoriem un ierīces vadības elementiem.

Viņi izmanto elektriskos signālus, kas plūst caur dažādiem rezistoriem un kondensatoriem, lai modelētu fiziskas parādības, nevis detaļu mehānisku mijiedarbību.

Datora analogo elementu dizains ir balstīts uz līdzstrāvas elektroniskajiem pastiprinātājiem. Tiem ir liels ieguvums atvērtās ķēdes režīmā.

Atkarībā no ieejas un atgriezeniskās ķēdes struktūras op pastiprinātājs veic lineāru vai nelineāru matemātisku darbību. Arī šo operāciju kombinācija.

Šāda veida analogi datori 20. gadsimta vidū tika plaši izmantoti skaitļošanā un militārajās tehnoloģijās, piemēram, lidmašīnu un raķešu izmēģinājumos.

Atšķirības ar digitālo

Signāla pārraide

Digitālajiem signāliem ir divi diskrēti stāvokļi, izslēgti vai ieslēgti. Izslēgtā stāvoklī ir nulle voltu un ieslēgtā stāvoklī ir pieci volti. Tāpēc digitālie datori izmanto bināros skaitļu datus 0 un 1 formā.

Analogie signāli ir nepārtraukti. Tās var atrasties jebkur starp divām galējībām, piemēram, -15 un +15 volti. Analogā signāla spriegums var būt nemainīgs vai laika gaitā mainīties.

Tas ir, analogos datoros dati tiek pārraidīti nepārtrauktu signālu veidā. Digitālajos datoros tos pārraida diskrētu signālu veidā.

Elektrisko ķēžu veidi

Analogās datoru shēmās tiek izmantoti darbības pastiprinātāji, signālu ģeneratori, rezistoru tīkli un kondensatori. Šīs shēmas apstrādā nepārtrauktus sprieguma signālus.

Digitālie datori izmanto dažādas ieslēgšanas / izslēgšanas shēmas, piemēram, mikroprocesorus, pulksteņu ģeneratorus un loģiskos vārtus.

Tas ir, digitālais dators izmanto elektroniskās shēmas, bet analogs dators izmanto rezistorus nepārtrauktai signāla plūsmai.

Precizitāte

Analogajiem datoriem jātiek galā ar noteiktu līmeni elektrisko troksni ķēdēs, ietekmējot to precizitāti. Digitālā datora ķēdēs ir arī elektrisks troksnis, lai gan tas neietekmē precizitāti vai uzticamību.

No otras puses, analogs dators nevar dot atkārtotus rezultātus ar precīzu sakritību. Tas nozīmē, ka analogie datori ir mazāk precīzi nekā digitālie datori.

Programmēšana

Var programmēt gan analogos, gan digitālos datorus, kaut arī metodes ir atšķirīgas.

Digitālie datori izmanto sarežģītas instrukciju secības, piemēram, divu skaitļu salīdzināšanu vai reizināšanu vai datu pārvietošanu no vienas vietas uz otru.

Lai ieprogrammētu analogo datoru, dažādas apakšsistēmas ir elektriski savienotas ar kabeļiem savā starpā. Piemēram, signāla ģenerators ir savienots ar vadības pogu, lai mainītu signāla intensitāti.

Piemēri

Pils pulkstenis

Šis slavenais dators spēja saglabāt programmēšanas instrukcijas. Atrodoties vairāk nekā trīs metru augstumā, ierīce parādīja laiku, zodiaku un arī saules un mēness orbītas.

Tādējādi ierīces aprēķinātā daļa ļāva lietotājiem iestatīt mainīgo dienas garumu atkarībā no gadalaika. Aprakstīts 1206. gadā, šis dators bija ļoti sarežģīts savam laikam.

Slaidu noteikums

Viens no vienkāršākajiem un atpazīstamākajiem mehāniskajiem analogiem datoriem ir slīdēšanas noteikums. Šī ir ierīce, lai tuvinātu matemātiskos aprēķinus.

Lietotāji slīd marķēto stieni, lai to saskaņotu ar dažādām atzīmēm uz cita stieņa, tādējādi nolasot ierīci, pamatojoties uz šo dažādo marķējumu izlīdzināšanu.

Diferenciālais analizators

Šis mehāniskais analogs dators spēja atrisināt diferenciālvienādojumus. Tā kā senās konstrukcijas dizains bija 1800. gadu sākums, diferenciālanalizators tika pilnveidots pagājušā gadsimta 30. gados un tika izmantots līdz 20. gadsimta vidum.

Tas tiek uzskatīts par pirmo mūsdienu datoru. Tas svēra 100 tonnas un tajā bija 150 motori, kā arī simtiem jūdžu kabeļi, kas savieno relejus un vakuuma caurules.

Pēc mūsdienu standartiem mašīna bija lēna. Faktiski tas bija tikai apmēram simts reizes ātrāks par cilvēku, kurš izmanto darbvirsmas kalkulatoru.

Citi piemēri

- pareģotājs Kerisons.

- lidaparāts ar Libraskopu, svaru un svara datoru.

- mehāniskie integratori, piemēram, planimetrs.

- Nomogramma.

- Norden bombardēšanas vizieris.

- Datori, kas saistīti ar ugunsgrēka kontroli.

- ūdens integratori.

- MONIAC, ekonomiskā modelēšana.

Simulācijas padome bija analogo datoru lietotāju apvienība Amerikas Savienotajās Valstīs.

Pašlaik tiešsaistē ir pieejami Simulācijas padomes biļeteni no 1952. līdz 1963. gadam. Viņi parāda tā laika tehnoloģijas un arī parasto analogo datoru izmantošanu.

Atsauces

1. Wikipedia, bezmaksas enciklopēdija (2019). Analogs dators. Iegūts no: en.wikipedia.org.
2. Tehnopēdija (2019). Analogs dators. Paņemts no: limitspedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019. gads). Kas ir analogs dators? - Definīcija. E-datora piezīmes. Paņemts no: ecomputernotes.com.
4. Enciklopēdija Britannica (2019). Analogs dators. Paņemts no: britannica.com.
5. Džons Papjevskis (2019). 10 atšķirības starp analogiem un digitāliem datoriem. Paņemts no: techwalla.com.
6. Bezmaksas vārdnīca (2019). Analogais dators. Paņemts no: enciklopēdija2.thefreedictionary.com.
7. Enciklopēdija (2002). Dators, analogs. Paņemts no: encyclopedia.com.