Predstavljeni analogni računalniki, komponente, vrste

The Analogni računalniki So vrsta računalnika, ki uporablja nenehno spreminjajoče se vidike fizičnih pojavov, kot so električne, mehanske ali hidravlične količine, za modeliranje problema, ki se rešuje.

To pomeni, da so računalniki, ki delujejo s številkami, ki jih predstavljajo neposredno merljive neprekinjene vrednosti, kot so tlak, temperatura, napetost, hitrost in teža. Nasprotno pa digitalni računalniki simbolično predstavljajo te vrednosti.

Vir: x -15_analog_computer po tem, kako je narejen - https: // www.YouTube.com/Watch?V = pw1naczldgs, domena pub, https: // commons.Wikimedia.org/w/indeks.Php?Curid = 52164169

Analogni računalniki imajo lahko zelo široko paleto zapletenosti. Najpreprostejša so pravila izračuna in nomogrami, medtem ko so računalniki, ki nadzorujejo mornariške topove in veliki digitalni/analogni hibridni računalniki, med najbolj zapletenimi. Takrat so bili prvi razviti računalniški stroji.

Sistemi za nadzor procesov in zaščitni releji uporabljajo analogno računalništvo za izvajanje funkcij nadzora in zaščite.

V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je bil glavni proizvajalec ameriško podjetje Electronic Associates s svojim analognim računalnikom 231R z vakuumskimi cevmi in 20 integratorji. Kasneje s svojim 8800 analognim računalnikom z operacijskimi ojačevalniki trdnega stanja in 64 integratorji.

[TOC]

Zamenjava digitalnih računalnikov

V 60. letih 70 digitalnih računalnikov, ki najprej temeljijo na vakuumskih ceveh in kasneje na tranzistorjih, integriranih vezjih in mikroprocesorjih, so postali cenejši in natančnejši.

To je privedlo do tega, da digitalni računalniki v veliki meri nadomeščajo analogne računalnike. Vendar so analogni računalniki ostali uporabljeni v znanstvenih in industrijskih aplikacijah, ker so bili takrat običajno veliko hitrejši.

Na primer, še naprej so se uporabljali v nekaterih posebnih aplikacijah, na primer letalski računalnik v letalu.

Bolj zapletene aplikacije, kot je sintetični otvoritveni radar, so ostale pod domeno analognega računalništva do osemdesetih let, saj so bili digitalni računalniki nezadostni za nalogo.

Tudi trenutno preiskuje analogno računalništvo. Nekatere univerze še vedno uporabljajo analogne računalnike za poučevanje teorije nadzora kontrolnih sistemov.

Značilnosti

Analogna obdelava podatkov

Analogni računalnik se uporablja za obdelavo analognih podatkov, kot so napetost, temperatura, tlak, hitrost itd. Nenehno shranjuje te podatke o fizičnih količinah in izračune s pomočjo teh meritev.

Precej razlikuje se od digitalnega računalnika, ki uporablja simbolične številke za predstavljanje rezultatov.

Analogni računalniki so odlični za situacije, ki zahtevajo neposredno merjenje podatkov, ne da bi jih pretvorili v številke ali kode.

Uporaba analognih signalov

Analogni računalnik uporablja analogni signal, ki je lahko predstavljen kot sinusoidni ali neprekinjen val, ki vsebuje vrednosti, ki se v času razlikujejo.

Analogni signal se lahko razlikuje v svoji širini ali frekvenci. Vrednost amplitude je intenzivnost signala, povezanega z najvišjo točko, imenovano Crest, in z najnižjimi točkami. Po drugi strani je frekvenčna vrednost njegova fizična dolžina od leve proti desni.

Primeri analognih signalov so človeški govor ali govor z elektrificiranim bakrenim kablom.

Analogni računalniki ne potrebujejo nobene zmogljivosti za shranjevanje, ker v eni sami operaciji merijo in primerjajo količine.

Omejena natančnost

Analogne reprezentacije imajo omejeno natančnost, običajno za nekaj decimalk.

Natančnost analognega računalnika je omejena z računalniškimi elementi, pa tudi s kakovostjo notranje energije in električnih medsebojnih povezav.

Vam lahko služi: kaj je periskop in za kaj je?

V glavnem omejuje natančnost uporabljene bralne opreme, ki je na splošno tri ali štiri decimalke.

Programiranje

Programiranje v analognem računalniku pomeni preoblikovanje problematičnih enačb v analogno računalniško vezje.

Za kaj so analogni računalniki?

Služijo za predstavljanje podatkov za merljive količine, kot so napetosti ali vrtenje zobnikov, da bi rešili težavo, namesto da bi izrazili podatke kot številke.

Spremljanje in nadzor

V sistemih za spremljanje in nadzor se uporabljajo za določitev krmilne formule in za izračun parametrov procesa, kot so učinkovitost, moč, zmogljivost in drugi.

Če je mogoče dodeliti matematični izraz, ki definira povezavo parametra s koordinatami predmeta, analogni računalnik služi za reševanje ustrezne enačbe.

Na primer, analogni računalniki se pogosto uporabljajo za oceno ekonomske učinkovitosti energetskih sistemov in lahko služijo kot avtomatski regulatorji.

Pogosto se uporabljajo za nadzor procesov, kot so tisti, ki obstajajo v rafinerijah nafte, kjer so pomembne neprekinjene meritve pretoka in temperature.

Napredna analiza

Večkrat rešuje sistem enačb, ki opisujejo nadzorovan postopek, lahko analogni računalnik v kratkem času skenira veliko število nadomestnih rešitev. Če želite to narediti, uporabite različne vrednosti v parametrih, ki so predmet sprememb med postopkom.

Zahtevano kakovost je mogoče zagotoviti s kontrolnimi signali, ki jih je napovedal analogni računalnik.

Vrednosti, ki jih določa računalnik, se prenašajo na regulativno napravo, ki prilagodi kontrolne točke.

Določitev motečih ali uporabnih signalov

Velikost motečega ali uporabnega signala se določi z diferencialnimi enačbami, ki opisujejo dinamični sistem, vrednosti začetnih pogojev, poleg sprememb, določenih v statistiki, ki merijo hrup in signal.

Analogni računalnik se lahko uporablja tudi za izdelavo instrumentov, ki samodejno beležijo motnje in ustvarijo krmilni signal, ki bo odvisen od znaka in količine motenj.

Simulacija dinamičnih sistemov

Simulacije je mogoče izvesti v realnem času ali z zelo visokimi hitrostmi, kar omogoča doživetje večkratnih voženj s spremenjenimi spremenljivkami.

Široko se uporabljajo v simulacijah zrakoplovov, jedrskih energetskih napravah in tudi v industrijskih kemičnih procesih.

Komponente

Operativni ojačevalnik

Večina električnih analognih računalnikov deluje manipulira s napetostmi ali potencialnimi razlikami. Njegova osnovna komponenta je operativni ojačevalnik, ki je naprava, katere izhodni tok je sorazmerni z njegovo razliko v vhodnem potencialu.

Z izhodom izhodni tok skozi ustrezne komponente dobimo več potencialnih razlik in izvedemo najrazličnejše matematične operacije, ki vključujejo vsoto, odštevanje, naložbe in integracijo.

Električni analogni računalnik je sestavljen iz številnih vrst ojačevalnikov. Te se lahko povežejo, da ustvarijo matematični izraz velike zapletenosti in z množico spremenljivk.

Hidravlične komponente

Ključne hidravlične komponente lahko vključujejo cevi, ventile in posode.

Mehanske komponente

Vrteče se osi so lahko za prevoz podatkov znotraj računalnika, diferencialnih prestav, diskovnih integratorjev, kroglice ali valja, 2-D in 3-D CAM, topila in mehanskim množiteljem ter servo-torki.

Električne in elektronske komponente

- Natančno upornost in kondenzatorji.

- Operativni ojačevalniki.

- Množitelji.

- Potentiometri.

- Generatorji fiksnih funkcij.

Glede na naravo matematičnih operacij

Linearno

Linearne komponente izvajajo vsoto, integracijo, spremembe znakov, množenje s stalnico in druge.

Vam lahko služi: gradbene tehnologije

Nelinearni

Funkcije generatorji reproducirajo nelinearne odnose. Obstajajo računalniške komponente, namenjene reprodukciji dodeljene funkcije iz enega, dveh ali več argumentov.

Običajno je v tem razredu razlikovati naprave, ki reproducirajo diskontinuirane funkcije enega samega argumenta in množitve.

Logično

Med logičnimi komponentami so analogne logične naprave, zasnovane za ločevanje največjega ali manjšega zneska med več zneski, diskretne logične naprave, relejske preklopne vezje in nekatere druge posebne enote.

Vse logične naprave so na splošno kombinirane v eni, imenovani vzporedna logična naprava. Opremljen je z lastno povezavo za povezovanje posameznih logičnih naprav med seboj in s preostalimi analognimi komponentami računalnika.

Fantje

Mehanski računalniki

Zgrajeni so iz mehanskih komponent, kot so ročice in prestave, namesto elektronskih komponent.

Najpogostejši primeri so povzetki in mehanski števci, ki uporabljajo vrtenje prestav za izdelavo vsot ali štetja. Bolj zapleteni primeri bi lahko izvedli množenje in delitve ter celo diferencialno analizo.

Najbolj praktični mehanski računalniki uporabljajo vrtljive osi za prevoz spremenljivk iz enega mehanizma v drugega.

V Fourierjevem sintetizatorju, ki je bil stroj za plimovanje, so bili uporabljeni kabli in škripci, ki so dodali harmonične komponente.

Pomembno je omeniti mehanske instrumente letenja v začetnem vesoljskem plovilu, ki so pokazali izračunani rezultat v obliki števk, ampak skozi premike indikatorskih površin.

Vesoljsko vesoljsko plovilo dobro opremljeno z instrumentom, imenovanim Globus. To je pokazalo figurativno gibanje zemlje skozi premik miniaturnega kopenskega balona, ​​poleg širine in dolžine kazalnikov.

Električni računalniki

Pogostejši so, saj imajo bistveno širši prehodni pas in so priročni za povezovanje z drugimi računalniki in kontrolnimi elementi naprave.

Za simulacijo fizičnih pojavov namesto mehanske interakcije komponent uporabljajo električne signale, ki tečejo skozi več uporov in kondenzatorjev.

Zasnova analognih elementov računalnika temelji na elektronskih ojačevalnikih. Ti imajo velik dobiček v načinu odprtega vezja.

Operativni ojačevalnik odvisno od strukture vhodnega in povratnega vezja izvaja linearno ali nelinearno matematično delovanje. Tudi kombinacija teh operacij.

Ta vrsta analognih računalnikov je imela v sredini dvajsetega stoletja široko uporabo računalništva in vojaške tehnologije, kot so letala in raketni testi.

Razlike z digitalnim

Prenos signala

Digitalni signali imajo dve diskretni stanji, deaktivirani ali aktivirani. Invalid je nič voltov, aktivirano stanje pa pet voltov. Zato digitalni računalniki uporabljajo podatke binarnih številk v obliki 0 in 1.

Analogni signali so neprekinjeni. Lahko imajo kakršno koli vrednost med dvema koncama, na primer -15 in +15 voltov. Napetost analognega signala je lahko konstantna ali se sčasoma spreminja.

To pomeni, da se v analognih računalnikih podatki prenašajo v obliki neprekinjenih signalov. V digitalnih računalnikih se prenašajo v obliki diskretnih signalov.

Vrste vezij

Analogni računalniki Vezja uporabljajo operativne ojačevalnike, generatorje signalov, odpornost in kondenzatorji. Ta vezja obdelujejo neprekinjene napetostne signale.

Vam lahko služi: aplikacije ni bilo mogoče pravilno začeti. Napaka 0xc00007b

Digitalni računalniki uporabljajo različna vezja za vžig/izklop, kot so mikroprocesorji, generatorji impulzov in logična vrata.

To pomeni, da digitalni računalnik uporablja elektronska vezja, medtem ko analogni računalnik uporablja upor za neprekinjen pretok signala.

Natančnost

Analogni računalniki se morajo spoprijeti z določeno stopnjo električnega hrupa v vezjih, kar vpliva na njihovo natančnost. Tudi vezje digitalnega računalnika ima električni hrup, čeprav to ne vpliva na natančnost ali zanesljivost.

Po drugi strani analogni računalnik ne more dati večkratnih rezultatov z natančno enakovrednostjo. To pomeni, da so analogni računalniki manj natančni v primerjavi z digitalnimi računalniki.

Programiranje

Tako analogne kot digitalne računalnike je mogoče programirati, čeprav so metode različne.

Digitalni računalniki uporabljajo kompleksne zaporedja navodil, na primer primerjava ali množenje dveh številk ali premikanje podatkov z enega mesta na drugega.

Za programiranje analognega računalnika se električno povežejo z različnimi podsistemi kablov med seboj. Na primer, generator signala je priključen na krmilni gumb, da spreminja intenzivnost signala.

Primeri

Grajska ura

Ta znani računalnik je lahko shranil navodila za programiranje. Z več kot tremi metri je naprava pokazala čas, zodiak in tudi sonce in luno.

Računalniški del naprave je uporabnikom omogočil, da vzpostavijo spremenljivo trajanje dneva, odvisno od sezone. Opisan leta 1206, je bil ta računalnik za svoj čas zelo zapleten.

Diapozitiv pravilo

Eden najpreprostejših in najbolj prepoznavnih mehanskih analognih računalnikov je pravilo izračuna. To je naprava za približevanje osnovnih matematičnih izračunov.

Uporabniki potisnejo označeno palico, da jo poravnajo z več blagovnimi znamkami v drugi palici in tako preberejo napravo glede na poravnavo teh različnih blagovnih znamk.

Diferencialni analizator

Ta mehanski analogni računalnik je lahko rešil diferencialne enačbe. Z oblikovanjem, ki je bil star kot začetek leta 1800.

Velja za prvi sodobni računalnik. Tehtal je 100 ton in vseboval 150 motorjev, poleg sto kilometrov kablov, ki so povezali releje in vakuumske cevi.

Po trenutnih standardih je bil stroj počasen. Pravzaprav je bilo le stokrat hitrejše od človeškega operaterja, ki je uporabljal namizni kalkulator.

Drugi primeri

- Napovedovalec Kerrison.

- Libraskop, uravnoteženje računalnika in teža letala.

- Mehanski integratorji, kot je planimeter.

- Nomogram.

- Norden bombarding gledalca.

- Računalniki, povezani z ognjem.

- Vodni integratorji.

- Moniac, ekonomsko modeliranje.

Simulacijski svet je bil analogno združenje uporabnikov računalnikov v Združenih državah Amerike.

Boletini simulacijskega sveta od leta 1952 do 1963 so trenutno na voljo na spletu. Takrat prikazujejo tehnologije in tudi skupno uporabo analognih računalnikov.

Reference

1. Wikipedia, brezplačna enciklopedija (2019). Analogni računalnik. Vzeto od: v.Wikipedija.org.
2. Ravepedia (2019). Analogni računalnik. Vzeto od: Ravepedia.com.
3. Diesh Thakur (2019). Kaj je analogni računalnik? - Opredelitev. Opombe za ekomputer. Vzeti iz: ecomputone.com.
4. Encyclopeedia Britannica (2019). Analogni računalnik. Vzeto od: Britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 razlik med analognimi in digitalnimi računalniki. Vzeto od: Techwalla.com.
6. Brezplačni slovar (2019). Analogni računalnik. Vzet iz: enciklopedia2.prosti slovar.com.
7. Enciklopedija (2002). Računalnik, analogni. Vzeti iz: enciklopedija.com.