Computer analogici in primo piano, componenti, tipi

IL Computer analogici Sono un tipo di computer che utilizza gli aspetti in continua evoluzione dei fenomeni fisici, come quantità elettriche, meccaniche o idrauliche, per modellare il problema che viene risolto.

Cioè, sono computer che operano con numeri rappresentati da valori continui direttamente misurabili, come pressione, temperatura, tensione, velocità e peso. Al contrario, i computer digitali rappresentano simbolicamente questi valori.

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I computer analogici possono avere una gamma molto ampia di complessità. Le più semplici sono le regole del calcolo e i nomogrammi, mentre i computer che controllano i cannoni navali e i grandi computer ibridi digitali/analogici sono tra i più complicati. All'epoca erano le prime macchine per computer sviluppate.

I sistemi di controllo del processo e i relè di protezione utilizzano il calcolo analogico per eseguire funzioni di controllo e protezione.

Negli anni '60, il produttore principale era l'azienda americana Electronic Associates, con il suo computer analogico 231R, con tubi a vuoto e 20 integratori. Successivamente, con il suo computer analogico 8800, con amplificatori operativi a stato solido e 64 integratori.

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Sostituzione dei computer digitali

Negli anni '60 70 computer digitali, basati prima su tubi a vuoto, e successivamente su transistor, circuiti integrati e microprocessori, sono diventati più economici e più precisi.

Ciò ha portato i computer digitali a sostituire in gran parte computer analogici. Tuttavia, i computer analogici sono rimasti utilizzati in applicazioni scientifiche e industriali, perché a quel tempo erano comunemente molto più veloci.

Ad esempio, hanno continuato ad essere utilizzati in alcune applicazioni specifiche, come il computer di volo nell'aeromobile.

Applicazioni più complesse, come il radar di apertura sintetico, sono rimaste sotto il dominio del calcolo analogico fino agli anni '80, poiché i computer digitali erano insufficienti per l'attività.

Anche attualmente studiando il calcolo analogico. Alcune università usano ancora computer analogici per insegnare la teoria del controllo dei sistemi di controllo.

Caratteristiche

Elaborazione dei dati analogici

Un computer analogico viene utilizzato per elaborare dati analogici, come tensione, temperatura, pressione, velocità, ecc. Memorizza continuamente questi dati di quantità fisiche ed esegue i calcoli con l'aiuto di queste misurazioni.

È abbastanza diverso dal computer digitale, che utilizza numeri simbolici per rappresentare i risultati.

I computer analogici sono eccellenti per le situazioni che richiedono la misurazione diretta dei dati, senza convertirli in numeri o codici.

Uso di segnali analogici

Il computer analogico utilizza il segnale analogico, che può essere rappresentato come un'onda sinusoidale o continua, che contiene valori che variano nel tempo.

Un segnale analogico può variare nella sua ampiezza o frequenza. Il valore dell'ampiezza è l'intensità del segnale correlato al suo punto più alto, chiamato cresta, e con i suoi punti più bassi. D'altra parte, il valore di frequenza è la sua lunghezza fisica da sinistra a destra.

Esempi di segnali analogici sono la parola o il linguaggio umano attraverso cavo di rame elettrificato.

I computer analogici non richiedono alcuna capacità di archiviazione perché in una singola operazione misurano e confrontano le quantità.

Precisione limitata

Le rappresentazioni analogiche hanno una precisione limitata, comunemente di alcuni decimali.

La precisione di un computer analogico è limitata dai suoi elementi del computer, nonché dalla qualità dell'energia interna e delle interconnessioni elettriche.

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Principalmente limita l'accuratezza dell'attrezzatura di lettura utilizzata, che è generalmente tre o quattro decimali.

Programmazione

La programmazione su un computer analogico implica la trasformazione delle equazioni problematiche nel circuito del computer analogico.

A cosa sono i computer analogici?

Servono a rappresentare i dati per quantità misurabili, come tensioni o rotazione degli ingranaggi, al fine di risolvere un problema, anziché esprimere i dati come numeri.

Monitoraggio e controllo

Nei sistemi di monitoraggio e controllo vengono utilizzati per determinare una formula di controllo e per calcolare i parametri di processo, come efficienza, potenza, prestazioni e altri.

Se è possibile assegnare un'espressione matematica che definisce l'associazione di un parametro con le coordinate di un oggetto, il computer analogico serve a risolvere l'equazione corrispondente.

Ad esempio, i computer analogici sono ampiamente utilizzati per valutare l'efficienza economica dei sistemi energetici e possono fungere da regolatori automatici.

Sono spesso usati per controllare i processi come quelli esistenti nelle raffinerie di petrolio, in cui le misurazioni del flusso continuo e della temperatura sono importanti.

Analisi avanzata

Risolvendo ripetutamente il sistema di equazioni che descrivono un processo controllato, un computer analogico può in breve tempo scansionare un gran numero di soluzioni alternative. Per fare ciò, utilizzare valori diversi nei parametri soggetti a modifiche durante il processo.

La qualità richiesta può essere garantita, mediante segnali di controllo annunciati dal computer analogico.

I valori determinati dal computer vengono trasmessi a un dispositivo regolatorio, che regola i punti di controllo.

Determinazione di segnali inquietanti o utili

L'entità di un segnale disturbante o utile viene determinata usando equazioni differenziali che descrivono il sistema dinamico, i valori delle condizioni iniziali, oltre alle variazioni determinate nelle statistiche che misurano il rumore e il segnale.

Un computer analogico può anche essere utilizzato per creare strumenti che registrano automaticamente i disturbi e producono un segnale di controllo, che dipenderà dal carattere e dalla quantità di disturbi.

Simulazione di sistemi dinamici

Le simulazioni possono essere eseguite in tempo reale o a velocità molto elevate, consentendo così di sperimentare corse ripetute con variabili alterate.

Sono stati ampiamente utilizzati nelle simulazioni degli aeromobili, negli impianti di energia nucleare e anche nei processi chimici industriali.

Componenti

Amplificatore operazionale

La maggior parte dei computer analogici elettrici lavora a tensioni di manipolazione o potenziali differenze. Il suo componente di base è l'amplificatore operativo, che è un dispositivo la cui corrente di output è proporzionale alla sua differenza potenziale di input.

Effettuando questo flusso di corrente di uscita attraverso i componenti appropriati, si ottengono differenze più potenziali e si possono effettuare un'ampia varietà di operazioni matematiche, che includono la somma, la sottrazione, gli investimenti e l'integrazione.

Un computer analogico elettrico è costituito da numerosi tipi di amplificatori. Questi possono connettersi per generare un'espressione matematica di grande complessità e con una moltitudine di variabili.

Componenti idraulici

I componenti idraulici chiave potrebbero includere tubi, valvole e contenitori.

Componenti meccanici

Gli assi rotanti possono essere di trasportare i dati all'interno del computer, ingranaggi differenziali, integratori di dischi, sfera o rullo, camme 2-D e 3-D, solventi e moltiplicatori meccanici e servi-torques.

Componenti elettrici ed elettronici

- Resistenza di precisione e condensatori.

- Amplificatori operativi.

- Moltiplicatori.

- Potenziometri.

- Generatori di funzione fissa.

Secondo la natura delle operazioni matematiche

Lineare

I componenti lineari effettuano la somma, l'integrazione, le modifiche ai segni, la moltiplicazione per una costante e altri.

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Non -lineare

I generatori delle funzioni riproducono relazioni non lineari. Esistono componenti del computer progettati per riprodurre una funzione assegnata, da una, due o più argomenti.

È normale distinguere in questa classe i dispositivi che riproducono le funzioni discontinue di un singolo argomento e un moltiplicatore di divisione.

Logico

Tra i componenti logici ci sono dispositivi logici analogici, progettati per separare la quantità maggiore o minore tra diversi importi, dispositivi logici discreti, relè di cambio di circuiti e alcune altre unità speciali.

Tutti i dispositivi logici sono generalmente combinati in uno, chiamato dispositivo logico parallelo. È dotato della propria scheda di connessione per collegare i singoli dispositivi logici tra loro e con i restanti componenti analogici del computer.

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Computer meccanici

Sono costruiti con componenti meccanici, come leve e ingranaggi, anziché componenti elettronici.

Gli esempi più comuni sono le macchine sintesi e i contatori meccanici, che usano la rotazione degli ingranaggi per fare somme o conteggi. Esempi più complessi potrebbero effettuare moltiplicazioni e divisioni e persino analisi differenziali.

I computer meccanici più pratici usano gli assi rotanti per trasportare le variabili da un meccanismo a un altro.

Nel sintetizzatore di Fourier, che era una macchina di marea, sono stati usati cavi e pulegge che hanno aggiunto i componenti armonici.

È importante menzionare gli strumenti di volo meccanici nel veicolo spaziale iniziale, che mostravano il risultato calcolato non sotto forma di cifre, ma attraverso gli spostamenti delle superfici indicatore.

Il veicolo spaziale ben gestito era dotato di uno strumento chiamato globus. Ciò ha mostrato il movimento figurativo della terra attraverso lo spostamento di un palloncino di terra in miniatura, oltre agli indicatori di latitudine e lunghezza.

Computer elettrici

Sono più comuni, perché hanno una banda di passaggio sostanzialmente più ampia e sono convenienti da connettersi con altri computer e gli elementi di controllo di un dispositivo.

Usano segnali elettrici che fluiscono attraverso diverse resistenze e condensatori per simulare i fenomeni fisici, anziché l'interazione meccanica dei componenti.

La progettazione degli elementi analogici del computer si basa su amplificatori elettronici ex correnti. Questi hanno un alto guadagno in modalità circuito aperto.

A seconda della struttura del circuito di input e feedback, un amplificatore operativo esegue un'operazione matematica lineare o non lineare. Anche una combinazione di queste operazioni.

Questo tipo di computer analogici aveva un ampio uso di informatica e tecnologia militare a metà del secolo, come aeromobili e test missilistici.

Differenze con il digitale

Trasmissione del segnale

I segnali digitali hanno due stati discreti, disattivati ​​o attivati. Lo stato disabilitato è zero volt e lo stato attivato è di cinque volt. Pertanto, i computer digitali utilizzano i dati sui numeri binari, sotto forma di 0 e 1.

I segnali analogici sono continui. Possono avere un valore tra due estremità, come -15 e +15 volt. La tensione di un segnale analogico può essere costante o varia nel tempo.

Cioè nei computer analogici i dati vengono trasmessi sotto forma di segnali continui. Nei computer digitali vengono trasmessi sotto forma di segnali discreti.

Tipi di circuiti

I circuiti di computer analogici utilizzano amplificatori operativi, generatori di segnale, reti di resistenza e condensatori. Questi circuiti elaborano segnali di tensione continua.

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I computer digitali utilizzano una varietà di circuiti di accensione/disattivazione, come microprocessori, generatori di impulsi di clock e porte logiche.

Cioè, il computer digitale utilizza i circuiti elettronici, mentre il computer analogico utilizza resistenze per il flusso di segnale continuo.

Precisione

I computer analogici devono gestire un certo livello di rumore elettrico nei circuiti, influenzando la loro precisione. I circuiti di un computer digitale hanno anche un rumore elettrico, sebbene ciò non abbia alcun effetto sulla precisione o sull'affidabilità.

D'altra parte, il computer analogico non può produrre risultati ripetuti con un'equivalenza esatta. Ciò significa che i computer analogici sono meno precisi rispetto ai computer digitali.

Programmazione

I computer analogici e digitali possono essere programmati, sebbene i metodi siano diversi.

I computer digitali utilizzano sequenze di istruzioni complesse, come confrontare o moltiplicare due numeri o spostare i dati da un luogo a un altro.

Per programmare un computer analogico si collegano elettricamente con diversi sottosistemi di cavi tra loro. Ad esempio, un generatore di segnale è collegato a una manopola di controllo, per variare l'intensità del segnale.

Esempi

Orologio del castello

Questo famoso computer è stato in grado di salvare le istruzioni di programmazione. Con più di tre metri di altezza, il dispositivo ha mostrato il tempo, lo zodiaco e anche le orbite del sole e della luna.

La parte computazionale del dispositivo ha permesso agli utenti di stabilire la durata variabile della giornata a seconda della stagione. Descritto nel 1206, questo computer era molto complesso per il suo tempo.

Regolo calcolatore

Uno dei computer analogici meccanici più semplici e riconoscibili è la regola di calcolo. Questo è un dispositivo per approssimare i calcoli matematici di base.

Gli utenti fanno scorrere un'asta contrassegnata per allinearla con diversi marchi in un'altra canna, leggendo così il dispositivo in base all'allineamento di questi vari marchi.

Analizzatore differenziale

Questo computer analogico meccanico è stato in grado di risolvere le equazioni differenziali. Con un design vecchio come l'inizio del 1800, l'analizzatore differenziale fu perfezionato negli anni '30 e usato fino alla metà del vent'anni secolo.

È considerato il primo computer moderno. Pesava 100 tonnellate e conteneva 150 motori, oltre a centinaia di chilometri di cavi che collegavano relè e tubi a vuoto.

Secondo gli standard attuali, la macchina era lenta. In effetti, erano solo cento volte più veloce di un operatore umano che utilizzava una calcolatrice desktop.

Altri esempi

- Predittore Kerrison.

- Biblioteca, bilanciamento del computer e peso di un aereo.

- Integratori meccanici come Planimetro.

- Nomogramma.

- Norden Bombing Sweser.

- Computer correlati al fuoco.

- Integratori dell'acqua.

- MONIAC, Modellazione economica.

Il Consiglio di simulazione era un'associazione di utenti di computer analogici negli Stati Uniti.

I boletine del Consiglio di simulazione dal 1952 al 1963 sono attualmente disponibili online. Mostrano le tecnologie in quel momento e anche l'uso comune di computer analogici.

Riferimenti

1. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2019). Computer analogico. Preso da: in.Wikipedia.org.
2. Ravepedia (2019). Computer analogico. Preso da: Ravepedia.com.
3. Diesh Thakur (2019). Cos'è il computer analogico? - Definizione. Note di ecomputer. Tratto da: ecomputernotes.com.
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