Компьютер Аналоговый во время

После нескольких запросов от многих кварталов я решил опубликовать статью о компьютерах (компьютеры) аналоговый.

Я постараюсь в этой статье, чтобы развеять слухи о том, что они являются очень сложными, конечно, не просто, но, только потому, что они требуют иного подхода психического ЦВМ.

По существу, у нас есть только два типа компьютеров на базе всех будущих разработок, аналог, полученный из линеек, уже используемых в 1600

А цифровой один, который является производным от абака

В прошлом, чтобы решить сложную проблему с электронным расчетом вы можете выбирать между аналоговым компьютером, цифровой компьютер, или оба вместе в гибридной конфигурации.

Для очень сложной математики с участием дифференциальных уравнений и другие запутанные расчеты, аналоговый компьютер был непобедим. Будучи в состоянии решать дифференциальные экземпляры почти мгновенно.

С аналоговыми компьютерами были нормально сделать параллельные вычисления, многие части проблем могут быть решены одновременно, ускорение решения.

Это сделало моделирование больших и сложных быстрых и практических физических систем.

В прошлом цифровые компьютеры были очень медленно, в то время как он может быть запрограммирован, чтобы сделать расчеты и другие высшие математические алгоритмы, они были в основном непрактичными для моделирования.

Когда цифровые компьютеры росли в скорости было ясно, что они будут конкурировать с аналоговыми компьютерами.

сегодня, почти каждый цифровой компьютер, от большой ЭВМ к меньшим ПК, выполняет расчеты и другую высшую математику в вспышке и с непревзойденной точностью.

Аналог уже не мог конкурировать и просто исчез. Так же, как и многие другие электронные технологии, эти впечатляющие машины имели свой жизненный цикл.

однако, Это было и до сих пор прохладно технологии. Аналоговые компьютеры были константы и переменные с уровнями аналогового напряжения, пропорциональные. Затем эти данные обрабатываются с помощью различных электронных схем, которые выполняют математические операции в аналоговой форме.

Ключ схема обработки был операционный усилитель.

ОУ может быть легко изменена, чтобы выполнять широкий спектр математических операций, сумма / вычитание, умножение / деление, интеграции и дифференциации и многое другое. Операционный усилитель может быть также выполнен с возможностью выполнения логарифмические и тригонометрические операции со специальными схемами обратной связи нелинейных.

пэр программа аналог компьютера достаточно было просто написать уравнения, которые вы хотели решить, превратить их в блок-схеме, то они cablavano различных элементов расчета вместе, чтобы сформировать отдельные блоки на большую панели.

Пример математического разрешения

Предположим, например, от того, чтобы решить уравнение типа

голубка , е являются постоянными и е является изменяющимся во время напряжения, которые могут быть аналоговыми соответствующими функциями времени.

Вы можете решить уравнение, которое описывает физическую систему, приняв следующую процедуру:

• выделение производной высшего порядка уравнения; она принимает вид
• 
• термины добавляются ко второму элементу в сумматоре с операционным усилителем в соответствии с приведенной ниже схемой, то выходной сигнал будет равен
• затем интегрирует этот выход столько раз, сколько необходимо, чтобы получить проблему переменной, т.е. в два раза
• затем реализует петлю обратной связи, которая возвращает к входам сумматора значений е а если исправления амплитуды с входными потенциометрами.
• Затем он прикладывает напряжение на другой вход сумматора. значение Оно получается путем замены знака с другим оперативным инвертором

Большинство проблем были решены реализации схемы моделирования, Также большие сложные системы, включающие химические процессы или космические путешествия.

В лице тех, кто говорит, что аналог компьютер является сложной программой.

С аналоговыми компонентами, точность вычислений была не столь велика по сравнению с тем, что вы могли бы получить с помощью цифрового компьютера, но это было достаточно хорошо для большинства рабочих мест.

Многие действительно сложные проблемы были решены таким образом,. Эти компьютеры были даны ответы на вычисления, которые вы не смогли найти себя на бумаге из-за отсутствия подходящего решения.

Программное обеспечение по математике на сегодняшний день легко решать сложные задачи, невозможно до семидесятых годов прошлого века.

Одна из таких систем моделируется первой миссии Apollo на Луне в НАСА в Хьюстоне.

Большая цифровая система моделируется длинный полет от Земли до Луны в то время как пара аналоговых компьютеров имитируя быструю динамику космического корабля Apollo в начальных и конечных условиях.

АЦП и ЦАП интерфейсы позволили аналоговым и цифровым камерам для обмена данных. Можете ли вы представить себе, что сложные уравнения могут быть смоделированы с гибридностью .

Гибридные системы также были использованы для аэрокосмических и нефтехимических компаний. Аналогичная система была использована Bell Helicopter в Форт-Уорт, где они моделировали свои вертолетные проекты.

Большинство из этих аналоговых компьютеров были итерационные один, в котором они были использованы быстрыми добавки, и проблема была решена, и неоднократно свернули много раз в секунду.

Это может отображать графические результаты на осциллографе. Позволяя динамическое взаимодействие раствора, который имеет разрешение на просмотр проблем и оптимизации конструкций.

Первый операционный клапан

Первые операционные усилители были К2-W представляет два вакуумных трубок 12AX7.

Первое рабочее коммерческое общее назначение, Он был подготовлен Джордж A. Philbrick Исследования Инкорпорейтед нель 1952. Вызывается К2-W, построено вокруг двух двойных триодов установлены вместе с восьмеричным гнездом (8-штырь) для легкой установки и технического обслуживания в сроки электронного оборудования. Что стало возможным только после того, как кружат для этого была взята из военной тайны.

Принципиальная схема показывает две трубки, вместе десять резисторов и два конденсатора, довольно простой дизайн, но, давайте вспомним, что это было 1952:

В случае, если вы не знаете, вакуумные трубки, они действуют таким образом, аналогичны N-канальный МОП-транзистор, они приводят больше тока, когда управляющая сетка (пунктирная линия) Это более положительным относительно катода (сложенные линии в нижней части символа трубы) и проводить меньше тока, когда управляющая сетка является менее положительным (или более отрицательным) по отношению к катоду. Покинул двойной триод трубки действует в качестве дифференциальной пары, преобразование дифференциальных входов (инвертирующий и неинвертирующий) в сигнале одного напряжения усиливается. Такой пилот-сигнал левой управляющей сеткой триода второго клапана через делитель напряжения (1 МОм-2,2 МОм). Это триод усиливает и инвертирует выходной сигнал дифференциальной пары на более высокий коэффициент усиления по напряжению, Затем усиленный сигнал соединен со вторым триода тех же труб в конфигурации усилителя неинвертирующей для усиления тока. Я из-за “неоновые трубки” действуют как регуляторы напряжения, их поведение аналогично полупроводниковые стабилитроны, их задача состоит в том, чтобы обеспечить напряжение смещения в связи между усилением двух триодов.

С двойным напряжением питания +/- 300 вольт, Этот операционный усилитель обеспечивает выходной поход +/- 50 вольт, который очень бедный по сегодняшним меркам.

Существенные признаки были:

• открытой цепи переменного усиления по напряжению от 15.000 а 20.000 (Это зависит от старения клапана)
• взобраться скорость 12 вольт / микросекунды,
• Максимальный выходной ток 1 мА,
• в состоянии покоя рассеиваемой над 3 ватт (за исключением нитей!)

Он стоил скромен 24 долларов затем, более или менее вокруг 800 сегодняшние доллары.

Основная проблема всех этих начальных усилителей было то, что он должен был уравновесить для получения постоянного тока смещения для высокой точности.

Сегодня у нас есть отличные усилители, Аналоговые умножители и другие аналоговые компоненты высшего анализа.

Несколько раз я просил бы смысл современной версии аналогового компьютера?

Может быть, это может быть решение какой-то проблемы плохого расчета в качестве исследовательской ситуации.

Специальный аналоговый компьютер может быть построен быстро моделировать уравнения и с возможностью играть с различными переменными и т.д.. Конечно, было бы меньше, дешевле и точнее, чем монстры из прошлого. Аналоговые схемы по-прежнему по своей сути быстрее, чем цифровой поэтому, возможно, это могло произойти.

однако, Теперь это потерянная технология. С цифровым eqiuipaggiati быстрого компьютером с DSP для моделирования математического обеспечения формул, что потребности никогда не может иметь аналоговый компьютер?

Какая жалость.

Но я думаю, мы можем сказать то же многих других утерянных электронных технологий.

Назад в будущее Analog

В то время как я documentavo сети для возможной интеграции идей статьи я наткнулся на публикацию в прошлом году.

на самом деле, Они создали аналоговый / гибридный компьютер одноколесном велосипеде. Он подробно описан в документе IEEE :

N. Го, и. Huang, T. более, S. Патил, С. высокая, M. Сек, S. Sethumadhavan, и Y. Tsividis, “Энергоэффективная Гибридный аналоговый / цифровой Приближенное вычисление в непрерывном времени,” IEEE журнал твердотельных схем, об. 51, нет. 7, стр. 1514-1524, июль 2016 .

Это доказательство того, что, возможно, аналоговые компьютеры до сих пор имеют место в расчетах.

Аналоговый особенно эффективны при расчете, что делает почти тривиальные дифференциальные уравнения. С почти мгновенным решением. Игра с переменными, Вы можете попробовать различные условия и сценарий.

Аналоговые компьютеры были всегда быстро, но не всегда точно. Они страдали и дрейф смещения, Допуски компонентов и деградации, и другие подобные заболевания аналоговых схем. сегодня, усилители и другие компоненты чрезвычайно улучшились, Затем аналоговый компьютер с превосходными характеристиками достижимо. Главный вопрос заключается в: “Было бы полезно, с более быстрыми процессорами и недорогой сегодня?” вероятно, не, но вы могли бы сделать специальные версии для решения уникальных задач.

Профессор Tsividis и его коллеги полагают, в этом подходе, создавая вычислительную схему аналогового / гибридного на одном чипе. Использование CMOS 65 нм, компьютер способен решать нелинейные дифференциальные уравнения 4 ° заказ. Использование аналоговых блоки состоят из операционного усилителя в классе AB с цифровым вспомогательной калибровкой. Точность расчета находится в диапазоне от 0,5% а 5%, с временами разрешения от менее микросекунды до нескольких сотен микросекунд.

В статье идет речь только описывает компьютер может решать уравнения 4 ° заказ, но сегодня Tsividis и его команда имеют чип 16 ° заказ. С двумя из них на карте, Они создали компьютер 32 ° для того, что интерфейсы к ноутбуку через порт USB. Такая система может решить некоторые серьезные проблемы на рабочем столе – хороший переход от больших аналоговых систем / гибриды прошлого, которые заполнили все комнаты.

в общем, аналог по-прежнему является хорошим решением для некоторых проблем. однако, Это не кажется вероятным, что мы когда-нибудь аналоговый / гибридный коммерческий компьютер.

Однако специальный компьютер может быть легко построен с современными схемами по разумной цене.

Надежда еще никогда не умирает

По данным исследования, проведенного Университетом Sannio в Беневенто при финансовой поддержке Управления морских исследований США, метаматериалы могут быть сконструированы таким образом, чтобы выполнить «фотонный расчет» на световых сигналов, проходящих через них, заложив теоретические основы для аналоговых компьютеров будущего.

Metamaterials искусственно созданные материалы со специальными электромагнитными свойствами, и чьи макроскопической характеристика зависит не только от молекулярной структуры, но и по варианте геометрии.