CALCULATOARE ANALOGICE: CARACTERISTICI, COMPONENTE, TIPURI - TEHNOLOGIE - 2025

Cele Calculatoarele analogice sunt un tip de computer care utilizează în continuă schimbare aspecte ale fenomenelor fizice, cum ar fi mărimile electrice, mecanice sau hidraulice, pentru a modela problema rezolvata.

Adică sunt computere care operează cu numere reprezentate de valori continuu măsurabile direct, cum ar fi presiunea, temperatura, tensiunea, viteza și greutatea. În schimb, calculatoarele digitale reprezintă simbolic aceste valori.

Sursa: X-15_Analog_computer După cum este făcut - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52164169

Calculatoarele analogice pot avea o gamă foarte largă de complexitate. Cele mai simple sunt regulile de diapozitive și nomogramele, în timp ce computerele care controlează armele navale și computerele digitale / analogice hibride mari sunt printre cele mai complicate. La vremea respectivă, au fost primele mașini de calculator dezvoltate.

Sistemele de control de proces și releele de protecție utilizează calcul analogic pentru a îndeplini funcții de control și protecție.

În anii 1960, principalul producător a fost compania americană Electronic Associates, cu computerul său analog 231R, cu tuburi de vid și 20 de integratoare. Mai târziu, cu computerul său analogic 8800, cu op-amper-uri în stare solidă și 64 de integratoare.

Înlocuirea calculatoarelor digitale

În anii '60, calculatoarele digitale, bazate mai întâi pe tuburi de vid, iar mai târziu pe tranzistoare, circuite integrate și microprocesoare, au devenit mai economice și mai precise.

Acest lucru a dus la înlocuirea computerelor digitale în mare parte a calculatoarelor analogice. Cu toate acestea, calculatoarele analogice au continuat să fie utilizate în aplicații științifice și industriale, deoarece la acea vreme erau de obicei mult mai rapide.

De exemplu, au continuat să fie utilizate în unele aplicații specifice, cum ar fi computerul de zbor din avioane.

Aplicații mai complexe, cum ar fi radarul cu diafragmă sintetică, au rămas sub dominanța calculului analog până în anii 1980, deoarece computerele digitale erau insuficiente pentru sarcină.

Cercetările sunt încă în curs în domeniul calculelor analogice. Unele universități încă folosesc calculatoare analogice pentru a preda teoria sistemelor de control.

caracteristici

Prelucrarea analogică a datelor

Un computer analog este utilizat pentru procesarea datelor analogice, cum ar fi tensiunea, temperatura, presiunea, viteza etc. Stochează continuu aceste date de cantități fizice și efectuează calcule cu ajutorul acestor măsurători.

Este cu totul diferit de computerul digital, care folosește numere simbolice pentru a reprezenta rezultatele.

Calculatoarele analogice sunt excelente pentru situațiile care necesită măsurare directă a datelor, fără a le converti la numere sau coduri.

Utilizarea semnalelor analogice

Calculatorul analog utilizează semnalul analogic, care poate fi reprezentat ca o undă continuă sau sinusoidală, care conține valori care variază în timp.

Un semnal analogic poate varia în amplitudine sau frecvență. Valoarea de amplitudine este intensitatea semnalului aferent punctului său cel mai înalt, numit creastă, și punctele sale cele mai mici. Pe de altă parte, valoarea frecvenței este lungimea sa fizică de la stânga la dreapta.

Exemple de semnale analogice sunt sunetul sau vorbirea umană prin sârmă de cupru electrificată.

Calculatoarele analogice nu necesită nicio capacitate de stocare, deoarece într-o singură operație măsoară și compară cantitățile.

Precizie limitată

Reprezentările analogice au o precizie limitată, frecvent la câteva zecimale.

Precizia unui computer analog este limitată de elementele sale de calcul, precum și de calitatea puterii interne și a interconexiunilor electrice.

Este limitat în principal de precizia echipamentului de citire folosit, care este în general de trei sau patru zecimale.

Programare

Programarea într-un computer analog presupune transformarea ecuațiilor problemei în circuitul computerului analogic.

Pentru ce sunt calculatoarele analogice?

Acestea sunt utilizate pentru a reprezenta datele prin cantități măsurabile, cum ar fi tensiuni sau rotație a angrenajului, pentru a rezolva o problemă, în loc să exprime datele ca numere.

Monitorizare și control

În sistemele de monitorizare și control sunt utilizate pentru a determina o formulă de control și pentru a calcula parametrii procesului, cum ar fi eficiența, puterea, performanța și altele.

Dacă puteți atribui o expresie matematică care definește asocierea unui parametru cu coordonatele unui obiect, computerul analog poate rezolva ecuația corespunzătoare.

De exemplu, calculatoarele analogice sunt utilizate pe scară largă pentru a evalua eficiența economică a sistemelor de alimentare și pot servi ca regulatoare automate.

Ele sunt adesea folosite pentru a controla procese precum cele din rafinăriile de petrol, unde măsurările continue ale debitului și temperaturii sunt importante.

Analiză avansată

Prin rezolvarea repetată a sistemului de ecuații care descrie un proces controlat, un computer analog poate scana un număr mare de soluții alternative într-un timp scurt. Pentru a face acest lucru, utilizează diferite valori în parametrii supuși modificării în timpul procesului.

Calitatea necesară poate fi garantată cu ajutorul semnalelor de control anunțate de computerul analog.

Valorile determinate de computer sunt transmise unui dispozitiv de reglare, care ajustează punctele de control.

Determinarea semnalelor deranjante sau utile

Mărimea unui semnal perturbator sau util este determinată folosind ecuații diferențiale care descriu sistemul dinamic, valorile condițiilor inițiale, pe lângă modificările determinate în statisticile care măsoară zgomotul și semnalul.

Un computer analogic poate fi folosit și pentru a construi instrumente care înregistrează automat tulburările și produc un semnal de control, care va depinde de caracterul și cantitatea tulburărilor.

Simularea sistemelor dinamice

Simulările pot fi realizate în timp real sau cu viteze foarte mari, permițând astfel experimentarea cu rulări repetate cu variabilele modificate.

Au fost utilizate pe scară largă în simulări de avioane, centrale nucleare, precum și în procese chimice industriale.

Componente

Amplificator operațional

Majoritatea calculatoarelor analogice electrice funcționează manipulând tensiuni sau diferențe de potențial. Componenta sa de bază este amplificatorul operațional, care este un dispozitiv al cărui curent de ieșire este proporțional cu diferența de potențial de intrare.

Prin determinarea curgerii acestui curent de ieșire prin componentele corespunzătoare, se obțin mai multe diferențe de potențial și se pot efectua o mare varietate de operații matematice, inclusiv adunarea, scăderea, inversarea și integrarea.

Un computer analog electric este format din mai multe tipuri de amplificatoare. Acestea pot fi conectate pentru a genera o expresie matematică de o mare complexitate și cu o multitudine de variabile.

Componente hidraulice

Componentele hidraulice cheie pot include țevi, supape și containere.

Componente mecanice

Poate fi arbori rotativi pentru transportul datelor în computer, angrenaje diferențiale, integratoare cu disc, cu bilă sau cu role, cu came 2-D și 3-D, cu rezolutori și multiplicatori mecanici și cu servo-cupluri.

Componente electrice și electronice

- Rezistențe și condensatoare de precizie.

- Amplificatoare operaționale.

- Multiplicatori.

- Potentiometre.

- Generatoare de funcții fixe.

În funcție de natura operațiilor matematice

Liniar

Componentele liniare efectuează operațiile de adăugare, integrare, modificări de semn, înmulțire cu o constantă și altele.

Neliniare

Generatorii de funcții reproduc relații neliniare. Există componente de calculator proiectate pentru a reproduce o funcție atribuită, de la unul, două sau mai multe argumente.

În această clasă este obișnuit să se facă distincția între dispozitivele care reproduc funcții discontinue cu un singur argument și dispozitive de divizare multiplicatoare.

Logic

Printre componentele logice se numără dispozitivele logice analogice, concepute pentru a separa cantitatea mai mare sau mai mică între diferite cantități, dispozitive logice discrete, circuite de comutare a releului și alte unități speciale.

Toate dispozitivele logice sunt, în general, combinate într-unul singur, numit dispozitiv logic paralel. Este echipat cu propriul panou de corecții pentru a conecta dispozitivele logice individuale între ele și la celelalte componente analogice ale computerului.

Tipuri

Calculatoare mecanice

Sunt construite din componente mecanice, cum ar fi pârghiile și angrenajele, mai degrabă decât componente electronice.

Cele mai frecvente exemple sunt adăugarea de mașini și contoare mecanice, care utilizează strunjirea angrenajelor pentru a efectua adaosuri sau numărătoare. Exemple mai complexe ar putea efectua înmulțirea și divizarea și chiar analiza diferențială.

Cele mai practice computere mecanice folosesc axe rotative pentru a transporta variabile de la un mecanism la altul.

În sintetizatorul Fourier, care era o mașină pentru a prezice maree, s-au folosit cabluri și scripete care au adăugat componente armonice.

Este important să menționăm instrumentele mecanice de zbor din nave spațiale timpurii, care au arătat rezultatul calculat nu sub formă de cifre, ci prin deplasări ale suprafețelor indicatorului.

Navele spațiale sovietice echipate erau echipate cu un instrument numit Globus. Aceasta a arătat mișcarea figurativă a Pământului prin deplasarea unui glob terestru în miniatură, pe lângă indicatorii de latitudine și longitudine.

Calculatoare electrice

Sunt mai frecvente, deoarece au o bandă de acces substanțial mai largă și sunt convenabile pentru conectarea la alte computere și la elementele de control ale dispozitivului.

Ei folosesc semnale electrice care curg prin diferite rezistențe și condensatoare pentru a simula fenomenele fizice, mai degrabă decât interacțiunea mecanică a componentelor.

Proiectarea elementelor analogice ale computerului se bazează pe amplificatoare electronice cu curent continuu. Acestea au un câștig mare în modul circuit deschis.

În funcție de structura circuitelor de intrare și feedback, un amplificator operațional efectuează fie o operație matematică liniară, fie non-liniară. De asemenea, o combinație a acestor operații.

Acest tip de computer analog a fost utilizat pe scară largă în tehnologia de calcul și militare la mijlocul secolului XX, cum ar fi în testele de avioane și rachete.

Diferențe cu digital

Transmiterea semnalului

Semnalele digitale au două stări discrete, oprite sau pornite. Starea oprită este zero volți, iar starea de pornire este de cinci volți. Acesta este motivul pentru care calculatoarele digitale folosesc date cu numere binare, sub forma 0 și 1.

Semnalele analogice sunt continue. Ele pot fi oriunde între două extreme, cum ar fi -15 și +15 volți. Tensiunea unui semnal analogic poate fi constantă sau poate varia în timp.

Adică, în computere analogice, datele sunt transmise sub formă de semnale continue. În calculatoarele digitale sunt transmise sub formă de semnale discrete.

Tipuri de circuite

Circuitele computerizate analogice folosesc amplificatoare operaționale, generatoare de semnal, rețele de rezistență și condensatoare. Aceste circuite procesează semnale de tensiune continuă.

Calculatoarele digitale folosesc o varietate de circuite on / off, cum ar fi microprocesoare, generatoare de ceasuri și porți logice.

Adică computerul digital folosește circuite electronice, în timp ce computerul analog folosește rezistențe pentru fluxul continuu al semnalului.

Precizie

Calculatoarele analogice trebuie să facă față unui anumit nivel de zgomot electric în circuite, afectând precizia acestora. Circuitele unui computer digital au, de asemenea, zgomot electric, deși acest lucru nu are efect asupra exactității sau fiabilității.

Pe de altă parte, computerul analog nu poate produce rezultate repetate cu o potrivire exactă. Aceasta înseamnă că computerele analogice sunt mai puțin precise în comparație cu computerele digitale.

Programare

Atât calculatoarele analogice, cât și cele digitale pot fi programate, deși metodele sunt diferite.

Calculatoarele digitale folosesc secvențe complexe de instrucțiuni, cum ar fi compararea sau înmulțirea a două numere sau mutarea datelor dintr-un loc în altul.

Pentru a programa un computer analog, diferite subsisteme sunt conectate electric cu cabluri între ele. De exemplu, un generator de semnal este conectat la un buton de control, pentru a varia intensitatea semnalului.

Exemple

Ceasul castelului

Acest computer celebru era capabil să stocheze instrucțiuni de programare. În picioare, la peste trei metri înălțime, dispozitivul a afișat timpul, zodiacul și, de asemenea, orbitele soarelui și ale lunii.

Partea de calcul a dispozitivului a permis astfel utilizatorilor să stabilească lungimea variabilă a zilei în funcție de sezon. Descris în 1206, acest computer a fost foarte complex pentru vremea sa.

Regula diapozitivului

Unul dintre cele mai simple și mai recunoscute computere analogice mecanice este regula de diapozitive. Acesta este un dispozitiv de aproximare a calculelor matematice de bază.

Utilizatorii glisează o tijă marcată pentru a o alinia cu diverse semne pe o altă tijă, citind astfel dispozitivul pe baza alinierii diferitelor mărci.

Analizor diferențial

Acest computer analogic mecanic era capabil să rezolve ecuații diferențiale. Cu un design la fel de vechi ca la începutul anilor 1800, analizorul diferențial a fost perfecționat în anii 1930 și folosit până la mijlocul secolului XX.

Este considerat primul computer modern. Cântărea 100 de tone și conținea 150 de motoare, plus sute de kilometri de cabluri care conectează relee și tuburi de vid.

Conform standardelor de astăzi, mașina era lentă. De fapt, a fost de aproximativ o sută de ori mai rapid decât un operator uman folosind un calculator desktop.

Alte exemple

- Predicatorul Kerrison.

- computerul Librascope, echilibrul și greutatea unei aeronave.

- Integratoare mecanice, cum ar fi planimetrul.

- Nomogramă.

- viziera de bombardament norden.

- Calculatoare legate de controlul incendiilor.

- Integratori de apă.

- MONIAC, modelare economică.

Consiliul de simulare a fost o asociație de utilizatori de calculatoare analogice din Statele Unite.

Buletinele informative ale Consiliului de simulare din 1952 până în 1963 sunt disponibile în prezent online. Ele arată tehnologiile din acea perioadă și, de asemenea, utilizarea comună a calculatoarelor analogice.

Referințe

1. Wikipedia, enciclopedia gratuită (2019). Calculator analogic. Preluat de la: en.wikipedia.org.
2. Techopedia (2019). Computer analogic. Preluat de la: plafonpedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Ce este computerul analog? - Definiție. Note pentru computer. Luate de la: ecomputernotes.com.
4. Encyclopaedia Britannica (2019). Calculator analogic. Luat de la: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 Diferențe între calculatoarele analogice și cele digitale. Luat de la: techwalla.com.
6. Dicționarul gratuit (2019). Computer analogic. Luat de la: enciclopedia2.thefreedictionary.com.
7. Enciclopedie (2002). Calculator, analogic. Luat de la: enciclopedia.com.