ANALÓG SZÁMÍTÓGÉPEK: JELLEMZŐK, ALKATRÉSZEK, TÍPUSOK - TECHNOLÓGIA - 2026

Az analóg számítógépek egy olyan típusú számítógép, amely a fizikai jelenségek folyamatosan változó aspektusait, például elektromos nagyságokat, mechanikus vagy hidraulikus rendszereket használja a megoldandó probléma modellezésére.

Vagyis számítógépek, amelyek olyan számokkal működnek, amelyeket közvetlenül mérhető folyamatos értékek képviselnek, mint például nyomás, hőmérséklet, feszültség, sebesség és súly. Ezzel szemben a digitális számítógépek szimbolikusan képviselik ezeket az értékeket.

Forrás: X-15_Analog_computer Így készült: https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, Az analóg számítógépek nagyon széles bonyolultsággal bírnak. A legegyszerűbbek a csúszó szabályok és a nomogramok, míg a haditengerészeti pisztolyokat irányító számítógépek és a nagy hibrid digitális / analóg számítógépek a legbonyolultabbok. Abban az időben voltak az első számítógépes gépek, amelyeket kifejlesztettek.

A folyamatvezérlő rendszerek és a védőrelék analóg számítástechnikát használnak vezérlő és védelmi funkciók végrehajtására.

Az 1960-as években a fő gyártó az American Associates cég volt, 231R analóg számítógépével, vákuumcsövekkel és 20 integrátorral. Később 8800 analóg számítógépével, szilárdtest op-erősítőkkel és 64 integrátorral.

Cseréje digitális számítógépekkel

A 60-as 70-es években a digitális számítógépek, amelyek először vákuumcsöveken, később tranzisztorokon, integrált áramkörökön és mikroprocesszorokon alapultak, gazdaságosabbá és pontosabbak lettek.

Ez a digitális számítógépekhez nagyrészt az analóg számítógépek helyébe lépett. Az analóg számítógépeket azonban továbbra is használják tudományos és ipari alkalmazásokban, mert akkoriban általában sokkal gyorsabbak voltak.

Például továbbra is alkalmazták bizonyos speciális alkalmazásokban, például a repülõgéppel a repülõgépeken.

A bonyolultabb alkalmazások, például a szintetikus apertúra radar, az analóg számítástechnika dominanciája alatt maradtak még az 1980-as években, mivel a digitális számítógépek nem voltak elegendőek a feladathoz.

Az analóg számítástechnika területén továbbra is folynak kutatások. Néhány egyetem továbbra is analóg számítógépeket használ a vezérlőrendszerek elméletének megtanításához.

jellemzők

Analóg adatfeldolgozás

Az analóg számítógépeket analóg adatok, például feszültség, hőmérséklet, nyomás, sebesség stb. Feldolgozására használják. Folyamatosan tárolja ezeket a fizikai mennyiségek adatait, és ezen mérések segítségével számításokat végez.

Nagyon különbözik a digitális számítógéptől, amely szimbolikus számokat használ az eredmények ábrázolására.

Az analóg számítógépek kiválóan alkalmasak olyan helyzetekre, amelyekben az adatok közvetlen mérése szükséges, anélkül, hogy azokat számokra vagy kódra konvertálnák.

Analóg jelek használata

Az analóg számítógép az analóg jelet használja, amely folyamatos vagy szinuszos hullámként ábrázolható, és amely az idő függvényében változó értékeket tartalmaz.

Az analóg jel amplitúdójában vagy frekvenciájában változhat. Az amplitúdóérték a jel intenzitása a legmagasabb pontjának, a legmagasabb pontnak, és a legalacsonyabb ponthoz viszonyítva. Másrészt a frekvencia értéke a balról jobbra eső fizikai hossza.

Az analóg jelekre példa lehet a hang vagy az emberi beszéd elektromos rézhuzalon keresztül.

Az analóg számítógépek nem igényelnek tárolókapacitást, mert egyetlen művelettel mérik és összehasonlítják a mennyiségeket.

Korlátozott pontosság

Az analóg ábrázolások korlátozott pontossággal rendelkeznek, általában néhány tizedesjegyig.

Az analóg számítógép pontosságát korlátozzák számítási elemei, valamint a belső teljesítmény és az elektromos összekapcsolások minősége.

Ezt főleg a használt olvasóberendezés pontossága korlátozza, amely általában három vagy négy tizedes jegy.

Programozás

A programozás analóg számítógépen magában foglalja a probléma egyenleteinek átalakítását az analóg számítógépes áramkörbe.

Mire készülnek az analóg számítógépek?

Az adatok mérhető mennyiségekkel, például feszültségekkel vagy fogaskerékforgással történő ábrázolására szolgálnak, a probléma megoldása érdekében, az adatok számként kifejezése helyett.

Felügyelet és ellenőrzés

A felügyeleti és vezérlő rendszerekben ezeket használják a vezérlő képlet meghatározására és a folyamat paramétereinek, például hatékonyság, teljesítmény, teljesítmény és egyéb kiszámítására.

Ha hozzárendelhet egy matematikai kifejezést, amely meghatározza a paraméter asszociációját egy objektum koordinátáival, az analóg számítógép meg tudja oldani a megfelelő egyenletet.

Például az analóg számítógépeket széles körben használják az energiarendszerek gazdasági hatékonyságának felmérésére, és automatikus szabályozókként is szolgálhatnak.

Gyakran használják olyan folyamatok vezérlésére, mint például az olajfinomítókban, ahol a folyamatos áramlási és hőmérsékleti mérések fontosak.

Speciális elemzés

Az ellenőrzött folyamatot leíró egyenletrendszer többszöri megoldásával az analóg számítógép rövid idő alatt nagyszámú alternatív megoldást képes beolvasni. Ehhez különféle értékeket használ a paraméterekben, amelyek megváltozhatnak a folyamat során.

A kívánt minőséget az analóg számítógép által bejelentett vezérlőjelekkel garantálhatjuk.

A számítógép által meghatározott értékeket egy szabályozó eszközre továbbítják, amely beállítja a vezérlőpontokat.

A zavaró vagy hasznos jelek meghatározása

A zavaró vagy hasznos jel nagyságát a dinamikus rendszert leíró differenciálegyenletekkel, a kezdeti feltételek értékeivel határozzák meg, a zajt és a jelet mérő statisztikákban meghatározott változások mellett.

Egy analóg számítógép felhasználható olyan készülékek felépítésére is, amelyek automatikusan rögzítik a zavarokat és vezérlőjelet adnak, amely a zavarok jellegétől és mennyiségétől függ.

Dinamikus rendszerek szimulációja

A szimulációk valós időben vagy nagyon nagy sebességgel végezhetők el, lehetővé téve a megváltozott változókkal végzett ismételt futtatások kísérletezését.

Széles körben használják repülőgép-szimulációkban, atomerőművekben és ipari vegyi folyamatokban is.

Alkatrészek

Műveleti erősítő

A legtöbb elektromos analóg számítógép feszültség vagy potenciálkülönbség manipulálásával működik. Alapkomponense az operációs erősítő, amely olyan eszköz, amelynek kimeneti árama arányos a bemeneti potenciálkülönbségével.

Azáltal, hogy ezt a kimeneti áramot átfolyik a megfelelő komponenseken, több potenciális különbség érhető el, és sokféle matematikai művelet végrehajtható, beleértve az összeadást, kivonást, inverziót és integrációt.

Az elektromos analóg számítógép sokféle erősítőből áll. Ezek összekapcsolhatók egy nagy bonyolultságú és sokféle változóval rendelkező matematikai kifejezés előállításához.

Hidraulikus alkatrészek

A legfontosabb hidraulikus alkatrészek lehetnek csövek, szelepek és tartályok.

Mechanikai alkatrészek

Forgótengelyek szállíthatók az adatok továbbításához a számítógépen, a differenciálmű, a tárcsa, a gömb vagy a görgő integrátor, a 2-D és a 3-D bütykök, a mechanikus felbontók és szorzók, valamint a szervo-nyomatékok.

Elektromos és elektronikus alkatrészek

- Precíziós ellenállások és kondenzátorok.

- Operatív erősítők.

- Szorzók.

- Potenciométerek.

- Rögzített funkciójú generátorok.

A matematikai műveletek jellege szerint

Lineáris

A lineáris komponensek végrehajtják az összeadást, az integrációt, a jelváltoztatást, az állandóval megszorozást és mások.

Nem lineáris

A függvénygenerátorok nemlineáris kapcsolatokat reprodukálnak. Vannak olyan számítógépes alkatrészek, amelyek egy, kettő vagy több argumentumból egy hozzárendelt funkció reprodukálására szolgálnak.

Ebben az osztályban gyakori, hogy különbséget tegyünk az egy-argumentumú folytonos függvényeket reprodukáló eszközök és a szorzó-osztó eszközök között.

Logikus

A logikai elemek között vannak az analóg logikai eszközök, amelyek célja a nagyobb vagy kisebb mennyiség különválasztása különféle mennyiségek között, diszkrét logikai eszközök, relé kapcsoló áramkörök és néhány egyéb speciális egység között.

Az összes logikai eszközt általában egyre párosítják, amelyet párhuzamos logikai eszköznek hívnak. Saját javítópanellel rendelkezik, amely lehetővé teszi az egyes logikai eszközök egymáshoz és a számítógép többi analóg alkotóeleméhez történő csatlakoztatását.

típusai

Mechanikus számítógépek

Építésük mechanikai alkatrészekből, például karokból és fogaskerekekből készül, nem pedig elektronikus alkatrészekből.

A leggyakoribb példák a gépek és a mechanikus számlálók hozzáadása, amelyek a fogaskerekek forgatásával használják a kiegészítéseket vagy a számlálásokat. Bonyolultabb példákkal elvégezhető a szorzás és osztás, sőt a differenciális elemzés.

A legpraktikusabb mechanikus számítógépek forgó tengelyekkel használják a változókat az egyik mechanizmusról a másikra.

A Fourier-szintetizátorban, amely az árapályok előrejelzésére szolgál, kábeleket és szíjtárcsákat használtunk, amelyek a harmonikus komponenseket adták hozzá.

Fontos megemlíteni a mechanikus repülési eszközöket a korai űrhajóban, amely a számított eredményt nem számjegyek formájában, hanem a jelzőfelületek elmozdulásain keresztül mutatta meg.

A személyzettel ellátott szovjet űrhajókat a Globus nevű hangszerrel szerelték fel. Ez megmutatta a Föld ábrás mozgását egy miniatűr földi földgömb elmozdulása révén, a szélességi és hosszúsági mutatók mellett.

Elektromos számítógépek

Gyakoribbak, mivel lényegesen szélesebb hozzáférési sávval rendelkeznek, és kényelmesek más számítógépekhez és eszközvezérlő elemekhez történő csatlakozáshoz.

Elektromos jeleket használnak, amelyek különböző ellenállásokon és kondenzátorokon áramlanak keresztül a fizikai jelenségek szimulálására, nem pedig az alkatrészek mechanikai kölcsönhatására.

A számítógép analóg elemeinek tervezése egyenáramú elektronikus erősítőkön alapul. Ezeknek nagy nyereségük van nyitott áramkör üzemmódban.

A bemeneti és a visszacsatoló áramkörök szerkezetétől függően az op erősítő vagy lineáris, vagy nemlineáris matematikai műveletet hajt végre. Ezen műveletek kombinációja is.

Az ilyen típusú analóg számítógépeket széles körben használták a számítástechnikában és a katonai technológiában a 20. század közepén, például repülőgépeknél és rakétateszteknél.

Különbségek a digitálishoz képest

Jelátvitel

A digitális jeleknek két különálló állapota van, ki vagy be. A kikapcsolt állapot nulla volt, a bekapcsolt állapot pedig öt volt. Ez az oka annak, hogy a digitális számítógépek bináris szám adatokat használnak, 0 és 1 formátumban.

Az analóg jelek folyamatosak. Bárhol lehetnek két szélsőség között, például -15 és +15 volt. Az analóg jel feszültsége állandó lehet vagy idővel változhat.

Vagyis az analóg számítógépekben az adatokat folyamatos jelek formájában továbbítják. A digitális számítógépekben azokat diszkrét jelek formájában továbbítják.

Áramkör típusai

Az analóg számítógépes áramkörök működési erősítőket, jelgenerátorokat, ellenállás-hálózatokat és kondenzátorokat használnak. Ezek az áramkörök folyamatos feszültségjeleket dolgoznak fel.

A digitális számítógépek különféle be- és kikapcsolási áramköröket használnak, például mikroprocesszorokat, óragenerátorokat és logikai kapukat.

Vagyis a digitális számítógép elektronikus áramköröket használ, míg az analóg számítógép ellenállásokat használ a jel folyamatos áramlására.

Pontosság

Az analóg számítógépeknek kezelniük kell az áramkörök bizonyos szintű elektromos zaját, befolyásolva azok pontosságát. A digitális számítógép áramkörei szintén elektromos zajt okoznak, bár ez nem befolyásolja a pontosságot vagy a megbízhatóságot.

Másrészt az analóg számítógép nem tud pontos ismétlést eredményezni. Ez azt jelenti, hogy az analóg számítógépek kevésbé pontosak, mint a digitális számítógépek.

Programozás

Az analóg és a digitális számítógépet is be lehet programozni, bár a módszerek különböznek.

A digitális számítógépek összetett utasítássorozatot használnak, például két szám összehasonlítását vagy szorozását, vagy az adatok egyik helyről a másikra történő mozgatását.

Egy analóg számítógép programozásához a különböző alrendszereket elektromosan összekötik kábelekkel. Például egy jelgenerátort csatlakoztatunk egy vezérlőgombhoz a jel intenzitásának változtatásához.

Példák

Vár óra

Ez a híres számítógép képes volt programozási utasításokat tárolni. Három méter magasan állva a készülék megjelenítette az időt, az állatövöt, valamint a nap és a hold pályáit.

Az eszköz számítási része így lehetővé tette a felhasználók számára, hogy az évszak függvényében beállítsák a nap változó hosszúságát. Az 1206-ban leírtak szerint ez a számítógép nagyon komplex volt a korában.

Logarléc

Az egyik legegyszerűbb és felismerhetőbb mechanikus analóg számítógép a csúszó szabály. Ez egy eszköz az alapvető matematikai számítások közelítéséhez.

A felhasználók megcsúsztatják a megjelölt rudat, hogy egy másik rudakon különféle jelölésekkel igazítsák, így az eszközt a különféle jelölések igazítása alapján olvassák le.

Differenciál analizátor

Ez a mechanikus analóg számítógép képes volt differenciálegyenletek megoldására. Az 1800-as évek elején épült, a differenciál analizátort az 1930-as években fejlesztették és a 20. század közepéig használták.

Ez az első modern számítógép. 100 tonna tömegű volt, és 150 motort tartalmazott, és több száz mérföldnyi kábelt csatlakoztatott relékhez és vákuumcsövekhez.

A mai szabvány szerint a gép lassú volt. Valójában csak százszor gyorsabb volt, mint egy asztali számológépet használó emberi operátor.

Egyéb példák

- Jósló Kerrison.

- Repülőgép Librascope, mérleg- és súlyszámítógépe.

- Mechanikai integrátorok, például a planimeter.

- Névjegy.

- Norden bombázásvédő.

- A tűzvédelemmel kapcsolatos számítógépek.

- Vízintegrátorok.

- MONIAC, gazdasági modellezés.

A Szimulációs Tanács az analóg számítógép-használók szövetsége volt az Egyesült Államokban.

A Szimulációs Tanács 1952 és 1963 közötti hírlevelei jelenleg elérhetők online. Megmutatják az akkori technológiákat és az analóg számítógépek általános használatát.

Irodalom

1. Wikipedia, a szabad enciklopédia (2019). Analóg számítógép. Forrás: en.wikipedia.org.
2. Techopedia (2019). Analóg számítógép. Feltöltve: roofpedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Mi az analóg számítógép? - Meghatározás. Számítógépes megjegyzések. Forrás: ecomputernotes.com.
4. Encyclopaedia Britannica (2019). Analóg számítógép. Forrás: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 különbség az analóg és digitális számítógépek között. Forrás: techwalla.com.
6. A Ingyenes szótár (2019). Analóg számítógép. Forrás: encyclopedia2.thefreedictionary.com.
7. Enciklopédia (2002). Számítógép, analóg. Forrás: encyclopedia.com.