コンピュータのアナログ時間に戻っ

多くの方面からいくつかの要求の後、私は、コンピュータ上の記事を公開することにしました (コンピューター) アナログ.

私は、彼らは非常に複雑で噂を払拭するために、この論文にしようとします, 確かに簡単ではありませんが、, 彼らは、デジタルコンピュータによって異なる精神的なアプローチが必要という理由だけで.

基本的に我々は、すべての将来の発展の基盤でコンピュータの2種類のみを持っています, 既にで使用されるスライドルールに由来するアナログ 1600

そして、そろばんから派生したデジタル1

過去にあなたがアナログコンピュータの間で選択することができ、電子計算では困難な問題を解決するために, デジタルコンピュータ、または両方一緒にハイブリッド構成で.

微分方程式や他の厄介な計算を伴う非常に複雑な数学のために, アナログコンピュータは、他社の追随を許さないました. ほぼ瞬時に差動インスタンスを解決することができること.

アナログコンピュータで並列計算を行うのが普通でした, 問題の多くの部分を同時に解決することができます, ソリューションを加速.

これは、大規模で複雑な高速かつ実用的な物理システムのシミュレーションを行いました.

過去には、デジタルコンピュータは非常に遅かったです, 彼は、計算および他のより高い数学アルゴリズムを実行するようにプログラムすることが可能である一方、, 彼らは、シミュレーションのために、本質的に非現実的でした.

デジタルコンピュータはスピードで成長したとき、彼らがアナログコンピュータと競合するであろうことは明らかでした.

今日, ほぼすべてのデジタル・コンピュータ, 小さいPCへの大規模なメインフレームから, フラッシュおよび比類のない精度で計算および他の高等数学を行います.

アナログはもはや競うことができなかったと単純に消えてしまいました. ただ、他の多くの電子技術のように, これらの印象的なマシンは、彼らのライフサイクルを持っていました.

但し, それは昔も今もクールな技術であり、. アナログコンピュータは比例するアナログ電圧レベルの定数と変数でした. これらは、その後、アナログ形式で数学演算を実行する様々な電子回路によって処理されます.

キー処理回路は、演算増幅器ました.

オペアンプは簡単な数学演算の広い範囲を実行するように再構成することができます, 合計/減算, 乗算/除算, 統合と分化し、より多くの. オペアンプは、特別なフィードバック回路非線形で対数と三角動作を実行するように構成することができます.

PERプログラムは、アナログコンピュータは、単にあなたが解決したい式を書くことが十分でした, ブロックダイアグラムに変換, それらは大きなパネル上の個々のブロックを形成するために一緒に様々な計算要素をcablavano.

数学的な解像度の例

例えば、タイプの方程式を解くために有していると、私たちは仮定しよう

鳩 , E 定数であり、 E 時間のアナログ対応する機能とすることができる時間変化する電圧であります.

あなたは、次の手順を採用することにより、物理システムを記述する方程式を解くことができます:

• 高次方程式の誘導体を単離します; それは、フォームをとります
• 
• 用語は、以下のスキームに従って、オペアンプ加算器で第二の部材に追加され、その後、出力が等しくなります
• 変数の問題を取得する必要があるとして、その後、この出力を何度でもを統合, つまり、二回
• 次いで、加算値の入力に戻るフィードバックループを実現 E そして、入力ポテンショメータであれば修正振幅.
• その後、加算器の他方の入力に電圧を印加します. 値 これは、記号を交換することによって得られます 別の動作インバータと

問題のほとんどは、シミュレーション回路を実現する解決されています, 化学プロセスや宇宙旅行を伴う大規模で複雑なシステムでも.

アナログコンピュータがプログラムに複雑になると言う人たちの顔に.

アナログコンポーネントと, 計算精度を使用すると、デジタルコンピュータで得ることができるものと比較しそれほど大きくありませんでした, それはほとんどのジョブには十分でした.

多くの本当に難しい問題は、この方法で解決されています. これらのコンピュータは、適切な解決策の欠如のためにあなたが紙の上に自分自身を見つけることができなかった計算の答えを与えました.

現在入手可能な数学ソフトウェアは、簡単に複雑な問題を解決します, 前世紀の年代までは不可能.

このようなシステムの一つは、ヒューストンにあるNASAの月面への最初のアポロミッションをシミュレート.

アナログコンピュータのペアが最初と最後の条件にアポロ宇宙船の速いダイナミックをシミュレートしながら、大規模なデジタルシステムは、月に地球からの長いフライトをシミュレート.

データを交換するためのアナログ及びデジタルカメラに許容ADC及びDACインターフェース. あなたは、複雑な方程式が雑種でシミュレートすることができることを想像することができます .

ハイブリッドシステムはまた、航空宇宙産業、石油化学企業のために使用されました. 彼らはヘリコプターのプロジェクトをシミュレートところ同様のシステムは、フォートワースにベル・ヘリコプターで使用されていました.

これらのアナログコンピュータのほとんどは、彼らが速いサプリメントを使用して、問題が解決したと繰り返し毎秒何回も縮小している反復1でした.

これは、オシロスコープ上のグラフィカルな結果を表示することができます. 問題を表示し、設計を最適化するための権限を持っているの溶液の動的相互作用を可能にすることにより、.

まず、操作バルブ

第一の演算増幅器はKでした2-Wは、2本の真空管で構成しました 12斧7.

第一の演算の商業汎用, それは、ジョージ・Aにより製造しました。. フィルブリック研究株式会社NEL 1952. K2-Wと呼ばれます, 2重三極管を中心に構築された8進数のソケットと一緒に取り付けられました (8-ピン) 電子機器の時間枠での簡単なインストールとメンテナンスのため. 可能にした何これだけのために旋回した後、軍の秘密から取られました.

模式図は、2本のチューブを示します, 一緒に10個の抵抗と二つのコンデンサ, かなりシンプルなデザインが、, 私たちはそれがあったことを覚えてみましょう 1952:

ケースでは、真空管を知りません, それらは、NチャネルMOSFETと同様に動作します, 彼らはより多くの電流リード時に制御グリッド (点線) これは、カソードに、よりポジティブ相対的なものです (パイプ記号の下の方に折れ線) 制御グリッドが少ない正の場合と少ない電流を導通 (以上の負) カソードに対して. 左ダブル三極管は、差動対として動作します, 差動入力を変換します (反転および非反転) 単一の電圧信号に増幅. 分圧器を介して第2の弁の左三極制御グリッドのようなパイロット信号 (1 MΩ-2,2MΩ). その三極管は高い電圧利得差動対の出力を増幅して反転します, 次いで、増幅された信号は、電流増幅用の非反転増幅器構成内の同じチューブの第二の三極管に結合されています. 原因I “ネオン管” 電圧レギュレータとして動作, 彼らの行動は、半導体ツェナーダイオードに似ています, それらのタスクは、二つの三極管増幅の間の結合にバイアス電圧を提供することです.

二重の電源電圧で +/- 300 ボルト, このオペアンプは、出力の引き上げを可能に +/- 50 ボルト, それは今日の基準では非常に悪く、.

本質的な特徴でした:

• 開回路電圧利得変数からの 15.000 A 20.000 (これは、弁の経年変化に依存します)
• の速度を登ります 12 ボルト / マイクロ秒,
• の最大出力電流 1 ミリアンペア,
• 残りの消費でオーバー 3 ワット (フィラメントを除きます!)

それはおよそ控えめの費用 24 その後、ドル, 多かれ少なかれ周り 800 今日のドル.

すべてのこれらの初期のアンプの主な問題は、それがDCは、最高精度のオフセットを取得するためにバランスを取るために持っていたということでした.

今日は、優れたアンプを持っています, アナログ乗算器と高い分析の他のアナログコンポーネント.

私は尋ねた数回は、アナログコンピュータの現代版に理にかなって?

多分それは、研究の状況などいくつかの悪い計算問題を解決することができ.

特別なアナログコンピュータはすぐに方程式をシミュレートなど様々な変数を再生する機能をするために構築することができ. それは確かに小さくなります, 安価で過去のモンスターよりも高精度. アナログ回路はので、多分それが起こる可能性が本質的に高速デジタルよりもまだあります.

但し, これが今、失われた技術であり、. 数式ソフトウェアのシミュレーションのためのDSPとデジタルeqiuipaggiati高速なコンピュータでは, ニーズは、アナログコンピュータを持っていることはできないということ?

とても残念です.

しかし、私たちは、他の多くの失われた電子技術の同じことを言うことができますね.

バック・トゥ・ザ・フューチャーアナログへ

私は可能な統合のアイデアの記事のためのネットワークをdocumentavoながら私は、昨年出版に出くわしました.

実際、, 彼らは、アナログ/ハイブリッドコンピュータ一輪車を作成しました. これは、IEEE文書に詳細に記載されています :

N. 郭, と. 黄, T. もっと, S. パティル, C. 高いです, M. ソク, S. Sethumadhavan, そして、Y. Tsividis, “連続時間でのエネルギー効率の高いハイブリッドアナログ/デジタル近似計算,” 固体回路のIEEEジャーナル, 巻. 51, いいえ. 7, PP. 1514-1524, 七月 2016 .

これはおそらく、アナログコンピュータはまだ計算で場所を持っていることの証拠であります.

アナログ計算において特に効率的です, ほとんど自明な微分方程式を作ります. ほとんどインスタントソリューションにより. 変数と遊びます, あなたは、さまざまな条件やシナリオを試すことができます.

アナログコンピュータは、常に高速だが、常に正確ではありませんでした. 彼らは苦しみ、オフセット・ドリフト, 部品公差や劣化, アナログ回路の他の類似の疾患. 今日, 増幅器および他の成分は、非常に改善され, その後、優れた特性を有するアナログコンピュータが達成可能です. 主な質問です: “これは参考になります, より高速なプロセッサと安価な今日で?” おそらくありません, しかし、あなたはユニークな問題を解決するための特別なバージョンを作ることができます.

教授Tsividisと彼の同僚は、単一のチップ上にアナログ/ハイブリッド・コンピューティング回路を作成することにより、このアプローチでは考えられています. CMOSを使用しました 65 NM, コンピュータは、非線形微分方程式を解くことが可能です 4 度順. デジタル補助キャリブレーションとクラスABにオペアンプで構成するアナログ・ブロックを使用します. 計算精度は、の範囲にあります 0,5% A 5%, マイクロ秒未満から解決までの時間と数百マイクロ秒へ.

問題の記事は、コンピュータが次方程式を解くことができます説明します 4 度順, 今日Tsividisと彼のチームは、チップを持っています 16 度順. カード上のこれらの2つと, 彼らは、コンピュータを作成しました 32 USBポートを介してノートPCにインターフェース順序°. このようなシステムは、デスクトップ上にいくつかの深刻な問題を解決することができます – 大きなアナログシステムからいい気分転換 / 部屋全体を埋め過去のハイブリッド.

全般に, アナログは、まだいくつかの問題に適したソリューションです. 但し, それは私たちが今までアナログ/ハイブリッド商用コンピュータが表示されます可能性が高いようではありません。.

しかし、特別なコンピュータを簡単に合理的なコストで近代的な回路で構成することができます.

希望はまだ死ぬことはありません

海軍研究の米国オフィスからの資金でベネヴェントSannioの大学が行った研究によると、, メタマテリアルは、それらを通過する光信号の「フォトニック計算」を行うように設計することができます, したがって、将来のアナログコンピュータのための理論的基礎を築きます.

メタマテリアルは、人為的に特殊な電磁特性を有する材料を作成しています, そして、その巨視的特性が分子構造にも幾何学的な実施形態によるもののみに依存.