ANALOGISET TIETOKONEET: OMINAISUUDET, KOMPONENTIT, TYYPIT - TEKNIIKKA - 2026

Analogiakone ovat eräänlainen tietokoneen, joka käyttää jatkuvasti muuttuva osa fysikaalisia ilmiöitä, kuten sähköisiä suureita, mekaaninen tai hydraulinen, mallin ongelma on ratkaistu.

Toisin sanoen, ne ovat tietokoneita, jotka toimivat numeroilla, joita edustavat suoraan mitattavat jatkuvat arvot, kuten paine, lämpötila, jännite, nopeus ja paino. Sitä vastoin digitaaliset tietokoneet edustavat näitä arvoja symbolisesti.

Lähde: X-15_Analog_computer sen mukaan, kuinka se on valmistettu - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, Analogisilla tietokoneilla voi olla hyvin monenlainen monimutkaisuus. Yksinkertaisimmat ovat liukumissäännöt ja nomogrammit, kun taas merivoimien aseita ohjaavat tietokoneet ja suuret hybridi-digitaaliset / analogiset tietokoneet ovat monimutkaisimpia. Tuolloin he olivat ensimmäisiä kehitettyjä tietokoneita.

Prosessinohjausjärjestelmät ja suojareleet käyttävät analogista laskentaa ohjaus- ja suojaustoimintojen suorittamiseen.

1960-luvulla päävalmistaja oli amerikkalainen Electronic Associates -yritys, jonka analogisella tietokoneella 231R oli tyhjiöputket ja 20 integraattoria. Myöhemmin 8800-analogisella tietokoneellaan, jossa on solid-state op-vahvistimet ja 64 integraattoria.

Korvaus digitaalisilla tietokoneilla

60-luvulla 70-luvulla digitaalisista tietokoneista, jotka perustuivat ensin tyhjiöputkiin ja myöhemmin transistoreihin, integroituihin piireihin ja mikroprosessoreihin, tuli taloudellisempaa ja tarkempaa.

Tämä johti siihen, että digitaaliset tietokoneet korvasivat suurelta osin analogiset tietokoneet. Analogisia tietokoneita käytettiin kuitenkin edelleen tieteellisissä ja teollisissa sovelluksissa, koska ne olivat tuolloin yleensä paljon nopeampia.

Niitä käytettiin edelleen esimerkiksi joissain erityisissä sovelluksissa, kuten lentokoneissa olevassa lentotietokoneessa.

Monimutkaisemmat sovellukset, kuten synteettinen aukotutka, pysyivät analogisen laskennan hallitsevana tekijänä hyvin 1980-luvulle, koska digitaaliset tietokoneet olivat riittämättömiä tehtävän suorittamiseen.

Analogisen laskennan tutkimusta jatketaan edelleen. Jotkut yliopistot käyttävät edelleen analogisia tietokoneita ohjausjärjestelmien teorian opettamiseen.

ominaisuudet

Analoginen tietojenkäsittely

Analogista tietokonetta käytetään analogisen datan, kuten jännitteen, lämpötilan, paineen, nopeuden, käsittelemiseen. Se tallentaa jatkuvasti tätä fysikaalisten määrien tietoja ja suorittaa laskelmat näiden mittausten avulla.

Se on aivan erilainen kuin digitaalinen tietokone, joka käyttää symbolisia numeroita tulosten esittämiseen.

Analogiset tietokoneet soveltuvat erinomaisesti tilanteisiin, joissa data on mitattava suoraan, muuntamatta sitä numeroiksi tai koodeiksi.

Analogisten signaalien käyttäminen

Analoginen tietokone käyttää analogista signaalia, joka voidaan esittää jatkuvana tai siniaalona, ​​joka sisältää arvoja, jotka vaihtelevat ajan myötä.

Analoginen signaali voi vaihdella amplitudissa tai taajuudessa. Amplitudiarvo on signaalin voimakkuus, joka liittyy sen korkeimpaan pisteeseen, nimeltään crest, ja sen alimpiin pisteisiin. Toisaalta taajuuden arvo on sen fyysinen pituus vasemmalta oikealle.

Esimerkkejä analogisista signaaleista ovat ääni tai ihmisen puhe sähköisen kuparilangan kautta.

Analogiset tietokoneet eivät vaadi tallennuskapasiteettia, koska ne mittaavat ja vertailevat määriä yhdellä toiminnolla.

Rajoitettu tarkkuus

Analogisten esitysten tarkkuus on rajoitettu, yleensä muutaman desimaalin tarkkuudella.

Analogisen tietokoneen tarkkuutta rajoittavat sen laskentaelementit, samoin kuin sisäisen virran ja sähköisten kytkentälaatujen laatu.

Sitä rajoittaa pääasiassa käytetyn lukulaitteen tarkkuus, joka on yleensä kolme tai neljä desimaalia.

Ohjelmointi

Ohjelmointi analogiseen tietokoneeseen sisältää ongelman yhtälöiden muuntamisen analogiseksi tietokonepiiriksi.

Mihin analogiset tietokoneet ovat?

Niitä käytetään edustamaan dataa mitattavissa olevilla suuruuksilla, kuten jännitteillä tai vaihteiden pyörimisellä, ongelman ratkaisemiseksi sen sijaan, että tiedot ilmaistaan ​​numeroina.

Seuranta ja valvonta

Valvonta- ja ohjausjärjestelmissä niitä käytetään määrittämään ohjauskaava ja laskemaan prosessiparametrit, kuten tehokkuus, teho, suorituskyky ja muut.

Jos voit määrittää matemaattisen lausekkeen, joka määrittelee parametrin assosioinnin kohteen koordinaattien kanssa, analoginen tietokone voi ratkaista vastaavan yhtälön.

Esimerkiksi analogisia tietokoneita käytetään laajasti sähköjärjestelmien taloudellisen tehokkuuden arviointiin, ja ne voivat toimia automaattisina säätiminä.

Niitä käytetään usein prosessien, kuten öljynjalostamoiden, ohjaamiseen, joissa jatkuvat virtauksen ja lämpötilan mittaukset ovat tärkeitä.

Tarkennettu analyysi

Ratkaisemalla toistuvasti yhtälöjärjestelmä, joka kuvaa hallittua prosessia, analoginen tietokone voi skannata suuren määrän vaihtoehtoisia ratkaisuja lyhyessä ajassa. Tätä varten se käyttää parametreissa erilaisia ​​arvoja, joita voidaan muuttaa prosessin aikana.

Vaadittu laatu voidaan taata analogisen tietokoneen ilmoittamilla ohjaussignaaleilla.

Tietokoneen määrittämät arvot välitetään säätölaitteelle, joka säätää ohjauspisteitä.

Häiriöiden tai hyödyllisten signaalien määrittäminen

Häiriintyvän tai hyödyllisen signaalin suuruus määritetään käyttämällä differentiaaliyhtälöitä, jotka kuvaavat dynaamista järjestelmää, alkuolosuhteiden arvoja, melun ja signaalin mittaavissa tilastoissa määritettyjen muutosten lisäksi.

Analogista tietokonetta voidaan käyttää myös rakentamaan instrumentteja, jotka automaattisesti tallentavat häiriöt ja tuottavat ohjaussignaalin, joka riippuu häiriöiden luonteesta ja määrästä.

Dynaaminen järjestelmien simulointi

Simulaatiot voidaan suorittaa reaaliajassa tai erittäin suurilla nopeuksilla, mikä antaa mahdollisuuden kokeilla toistettuja ajoja muuttuvilla muuttujilla.

Niitä on käytetty laajasti lentokoneiden simulaatioissa, ydinvoimaloissa ja myös teollisuuskemiallisissa prosesseissa.

komponentit

Operaatiovahvistin

Suurin osa sähköisistä analogisista tietokoneista toimii manipuloimalla jännitteitä tai potentiaalieroja. Sen peruskomponentti on operaatiovahvistin, joka on laite, jonka lähtövirta on verrannollinen sen tulopotentiaalieroon.

Kun aikaansaadaan tämä lähtövirta virtaamaan sopivien komponenttien läpi, saadaan enemmän potentiaalieroja ja voidaan suorittaa laaja valikoima matemaattisia toimintoja, mukaan lukien summaaminen, vähennys, inversio ja integraatio.

Sähköinen analoginen tietokone koostuu monen tyyppisistä vahvistimista. Ne voidaan kytkeä muodostamaan matemaattinen lauseke, joka on erittäin monimutkainen ja monien muuttujien kanssa.

Hydrauliset komponentit

Tärkeimmät hydrauliset komponentit voivat sisältää putket, venttiilit ja säiliöt.

Mekaaniset komponentit

Tietojen kuljettamiseen tietokoneessa voi olla kiertyviä akseleita, differentiaalisia hammaspyöriä, kiekko-, pallo- tai rullaintegraattoreita, 2-D- ja 3-D-nokkaa, mekaanisia erottimia ja kertoimia sekä servo-momentteja.

Sähköiset ja elektroniset komponentit

- Tarkkuusvastukset ja kondensaattorit.

- Operaatiovahvistimet.

- Kertoimet.

- Potentiometrit.

- Kiinteät toimintogeneraattorit.

Matemaattisten toimintojen luonteen mukaan

Lineaarinen

Lineaariset komponentit suorittavat lisäyksen, integroinnin, merkkimuutosten, kertomisen vakiona ja muiden operaatiot.

Ei-lineaarinen

Toimintogeneraattorit toistavat epälineaariset suhteet. On tietokonekomponentteja, jotka on suunniteltu toistamaan määritetty toiminto yhdestä, kahdesta tai useammasta argumentista.

Tässä luokassa on yleistä erottaa laitteet, jotka toistavat yhden argumentin epäjatkuvat toiminnot, ja kertojajakolaitteet.

Looginen

Loogisiin komponentteihin kuuluvat analogiset logiikkalaitteet, jotka on suunniteltu erottamaan suurempi tai pienempi määrä useiden määrien välillä, erilliset logiikkalaitteet, relekytkentäpiirit ja jotkut muut erityisyksiköt.

Kaikki loogiset laitteet yhdistetään yleensä yhdeksi, jota kutsutaan rinnakkaiseksi loogiseksi laitteeksi. Se on varustettu omalla korjauspaneelilla yksittäisten logiikkalaitteiden kytkemiseksi toisiinsa ja tietokoneen muihin analogisiin komponentteihin.

Tyypit

Mekaaniset tietokoneet

Ne on rakennettu mekaanisista komponenteista, kuten vipuista ja hammaspyöristä, eikä elektronisista komponenteista.

Yleisimpiä esimerkkejä ovat koneiden ja mekaanisten laskurien lisääminen, jotka käyttävät hammaspyöriä kääntämällä lisäyksiä tai laskentoja. Monimutkaisemmat esimerkit voisivat suorittaa kertolaskun ja jakamisen sekä jopa differentiaalianalyysin.

Käytännöllisimmät mekaaniset tietokoneet käyttävät pyöriviä akseleita muuttujien siirtämiseksi mekanismista toisiin.

Fourier-syntetisaattorissa, joka oli kone vuorovesien ennustamiseksi, käytettiin kaapeleita ja hihnapyöriä, jotka lisäsivät harmoniset komponentit.

On tärkeää mainita mekaaniset lentomittarit varhaisessa avaruusaluksessa, joka osoitti laskettua tulosta ei numeroiden muodossa, vaan ilmaisimien pintojen siirtymien kautta.

Miehitetyt Neuvostoliiton avaruusalukset varustettiin instrumentilla nimeltä Globus. Tämä osoitti maapallon kuviollisen liikkeen pienikokoisen maanpäällisen maapallon siirtymisen kautta leveys- ja pituusmittareiden lisäksi.

Sähköiset tietokoneet

Ne ovat yleisempiä, koska niillä on huomattavasti laajempi pääsykaista, ja ne ovat käteviä yhteydenpitoon muihin tietokoneisiin ja laitteen ohjauselementteihin.

He käyttävät sähköisiä signaaleja, jotka virtaavat erilaisten vastuksien ja kondensaattoreiden läpi simuloidakseen fyysisiä ilmiöitä, eikä komponenttien mekaanista vuorovaikutusta.

Tietokoneen analogisten elementtien suunnittelu perustuu tasavirtaisiin elektronisiin vahvistimiin. Niillä on suuri voitto avoimen piirin tilassa.

Tulo- ja takaisinkytkentäpiirien rakenteesta riippuen op-vahvistin suorittaa joko lineaarisen tai epälineaarisen matemaattisen operaation. Myös näiden operaatioiden yhdistelmä.

Tämän tyyppistä analogista tietokonetta käytettiin laajasti laskentaan ja sotilasalan tekniikkaan 1900-luvun puolivälissä, kuten lentokoneissa ja ohjustesteissä.

Eroja digitaaliseen

Signaalin siirto

Digitaalisilla signaaleilla on kaksi erillistä tilaa, pois päältä tai pois päältä. Pois päältä -tila on nolla volttia ja päällä oleva tila on viisi volttia. Siksi digitaaliset tietokoneet käyttävät binaarinumeroa, 0 ja 1.

Analogiset signaalit ovat jatkuvia. Ne voivat olla missä tahansa kahden ääripään välillä, kuten -15 ja +15 volttia. Analogisen signaalin jännite voi olla vakio tai vaihdella ajan myötä.

Toisin sanoen analogisissa tietokoneissa data siirretään jatkuvien signaalien muodossa. Digitaalisissa tietokoneissa ne siirretään erillisinä signaaleina.

Piirityypit

Analogiset tietokonepiirit käyttävät operaatiovahvistimia, signaaligeneraattoreita, vastusverkkoja ja kondensaattoreita. Nämä piirit prosessoivat jatkuvia jännitesignaaleja.

Digitaaliset tietokoneet käyttävät erilaisia ​​päälle / pois-piirejä, kuten mikroprosessoreita, kellogeneraattoreita ja logiikkaportteja.

Eli digitaalinen tietokone käyttää elektronisia piirejä, kun taas analoginen tietokone käyttää vastuksia signaalin jatkuvaan virtaukseen.

tarkkuus

Analogisten tietokoneiden on käsiteltävä piireissä tietyn tason sähkömelua, mikä vaikuttaa niiden tarkkuuteen. Digitaalisen tietokoneen piireissä on myös sähköä, vaikka tällä ei ole vaikutusta tarkkuuteen tai luotettavuuteen.

Toisaalta analoginen tietokone ei voi tuottaa toistuvia tuloksia tarkalla vastaavuudella. Tämä tarkoittaa, että analogiset tietokoneet ovat vähemmän tarkkoja verrattuna digitaalisiin tietokoneisiin.

Ohjelmointi

Sekä analogiset että digitaaliset tietokoneet voidaan ohjelmoida, vaikka menetelmät ovatkin erilaisia.

Digitaaliset tietokoneet käyttävät monimutkaisia ​​käskyjaksoja, kuten kahden numeron vertailua tai kertomista tai datan siirtämistä paikasta toiseen.

Analogisen tietokoneen ohjelmoimiseksi eri osajärjestelmät kytketään sähköisesti kaapeleilla toisiinsa. Esimerkiksi signaaligeneraattori on kytketty säätönuppiin signaalin voimakkuuden muuttamiseksi.

esimerkit

Linnakello

Tämä kuuluisa tietokone pystyi tallentamaan ohjelmointiohjeet. Yli kolmen metrin korkeudessa seisova laite näytti ajan, eläinradan sekä auringon ja kuun kiertoradat.

Laitteen laskennallinen osa antoi käyttäjille mahdollisuuden asettaa muuttuva päiväpituus vuodenajasta riippuen. Kuvataan vuonna 1206, tämä tietokone oli aikaansa erittäin monimutkainen.

Laskutikku

Yksi yksinkertaisimmista ja tunnistettavimmista mekaanisista analogisista tietokoneista on liukulaskelma. Tämä on laite, jolla arvioidaan matemaattiset peruslaskelmat.

Käyttäjät liu'uttavat merkittyä sauvaa yhdenmukaistaaksesi sen eri tankojen eri merkeillä ja lukevat siten laitteen näiden eri merkkien kohdistuksen perusteella.

Differentiaalianalysaattori

Tämä mekaaninen analoginen tietokone kykeni ratkaisemaan differentiaaliyhtälöt. 1800-luvun alkupuolella suunnitellulla differentiaalianalysaattorilla parannettiin 1930-luvulla ja sitä käytettiin 1900-luvun puoliväliin saakka.

Sitä pidetään ensimmäisenä nykyaikaisena tietokoneena. Se paino 100 tonnia ja sisälsi 150 moottoria sekä satoja mailia kaapeleita, jotka yhdistivät releitä ja tyhjiöputkia.

Nykypäivän mukaan kone oli hidas. Itse asiassa se oli vain noin sata kertaa nopeampi kuin työpöytälaskuria käyttävä ihminen.

Muita esimerkkejä

- Ennustaja Kerrison.

- Ilma-aluksen Libraskooppi, vaaka- ja painotietokone.

- Mekaaniset integraattorit, kuten planimetri.

- Nomogrammi.

- Nordenin pommitusvisiiri.

- Palontorjuntaan liittyvät tietokoneet.

- Vesiintegraattorit.

- MONIAC, taloudellinen mallintaminen.

Simulaationeuvosto oli yhdistelmä analogisia tietokoneen käyttäjiä Yhdysvalloissa.

Simulaationeuvoston uutiskirjeet vuosilta 1952–1963 ovat tällä hetkellä saatavana verkossa. Ne esittävät tuolloin tekniikkaa ja analogisten tietokoneiden yleistä käyttöä.

Viitteet

1. Wikipedia, ilmainen tietosanakirja (2019). Analoginen tietokone. Kuvannut: en.wikipedia.org.
2. Techopedia (2019). Analoginen tietokone. Kuvannut: roofpedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Mikä on analoginen tietokone? - Määritelmä. Tietokoneen muistiinpanot. Otettu: ecomputernotes.com.
4. Encyclopaedia Britannica (2019). Analoginen tietokone. Otettu: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 eroa analogisten ja digitaalisten tietokoneiden välillä. Otettu: techwalla.com.
6. Ilmainen sanakirja (2019). Analogiatietokone. Kuvannut: encyclopedia2.thefreedictionary.com.
7. Tietosanakirja (2002). Tietokone, analoginen. Kuvannut: encyclopedia.com.