Аналоговый компьютер -
компьютер, представляющий
числовые данные с помощью
аналоговых физических
переменных, таких, как
скорость, длина или напряжение,
в отличие от цифрового
представления. Является
противоположностью цифровым
компьютерам (с) интернет-энциклопедия |
Для большинства сегодняшних ПК-пользователей время, когда компьютеры были большими, а программы маленькими, время перфолент и перфокарт, выглядит какой-то эпохой динозавров. И многие даже не догадываются, что была еще более древняя эпоха - эпоха аналоговых компьютеров. Аналоговый компьютер работает, имитируя то, что он вычисляет; он делает это, непрерывно варьируя свои характеристики. То есть создает аналог процесса, воплощенного в задаче, с которой он имеет дело. Некоторое время аналоговые и цифровые компьютеры даже конкурировали между собой. Архитектура фон Неймана победила главным образом благодаря универсальности и точности вычислений. Если для цифрового компьютера 2 х 2 всегда равно 4, то для аналогового - "4 ± 3%". И эти самые "±" могут зависеть от настроения машины - один раз будет так, а другой раз - по-другому. Но я бы не торопился называть аналоговые компьютеры тупиковой ветвью эволюции. Мало кто знает, что гордость советской ПВО, зенитный комплекс ЗСУ-23-4 "Шилка", для захвата и сопровождения цели использует аналоговый вычислитель - с 1960-х годов и до наших дней. Да и, в конце концов, человеческий мозг - это тоже очень сложный и предельно эффективный аналоговый компьютер.
Суть
Цифровые компьютеры работают конечными шагами. Аналоговые, в отличие от них, оперируют недискретными данными и, соответственно, программируются заданием физических характеристик их компонентов. Типичный пример - автомобильная трансмиссия. Ее программа работы изменяется перемещением ручки переключения передач, что заставляет жидкость в гидроприводе менять направление течения, производя нужный результат. Традиционно различают механические, пневматические, гидравлические, электромеханические и электронные аналоговые вычислительные машины. Но в любом случае аналоговый компьютер - это аппарат, который выполняет арифметические расчеты с числами, представленными физическими величинами. В механических аналоговых компьютерах числа представляются количеством поворотов шестеренок механизма. В электрических аналоговых машинах для представления числа используются различия в напряжении.
К концу своего эволюционного пути аналоговые компьютеры в большинстве своем были механическими или электрическими машинами, способными выполнять операции сложения, вычитания, умножения и деления. Результат их работы отображался в виде графиков, рисуемых на экране осциллографа или на бумаге, или электрического сигнала, используемого для контролирования протекания процесса либо работы механизма. Во второй половине ХХ века, до распространения дешевых и универсальных ПК, именно аналоговые компьютеры были идеально приспособлены для осуществления автоматического контроля за производственными процессами, так как они мгновенно реагируют на изменения во вводимой информации. Чтобы лучше вникнуть в суть понятия "аналоговый компьютер", нужно обратиться к истории считающих машин.
Прототипы
Еще древние греки создавали хитроумные механизмы для расчета движения небесных тел - в них нуждались астрологи и мореплаватели. Однако в большинстве справочников первым аналоговым вычислительным устройством называют логарифмическую линейку, которая была изобретена около 1600 года. Следующим этапом стали графики и номограммы - впервые в истории они встречаются в руководствах по навигации в 1791 году. А уже в 1814 году британский учёный Дж. Герман разработал аналоговый прибор планиметр, предназначенный для определения площади, ограниченной замкнутой кривой на плоскости. В середине XIX столетия появился фрикционный интегратор, а на его базе - гармонический анализатор для анализа и предсказывания высоты приливов в различных портах. Он показал принципиальную возможность решения дифференциальных уравнений путём соединения нескольких интеграторов.
Как раз в это время Чарльз Бэббидж в теории описал возможность создания вычислительной машины - знаменитой difference engine, однако сам не поверил в возможность ее воплощения в металле. По его собственным словам, "это было бы слишком сложно". Однако в 1878 году польский математик Абданк-Абаканович разработал теорию интеграфа - аналогового интегрирующего прибора для получения интеграла произвольной функции, вычерченной на плоском графике. Воспользовавшись этой теорией, российский инженер А. Н. Крылов в 1904 году создал первую механическую вычислительную машину для решения дифференциальных уравнений. Она использовалась при проектировании кораблей. ХХ век начался...
ХХ век
Развитие аналоговых компьютеров в США и СССР шло параллельно, и главные шаги были сделаны перед II Мировой войной. В 1930 году американец Ванневар Буш разработал аналоговый компьютер (механическую интегрирующую машину) для расчёта траектории стрельбы корабельных орудий. В 1942 году был создан ее электромеханический вариант. В СССР в 1935 году под руководством инженера Николая Минорского начался выпуск первой советской электродинамической счётно-аналитической машины САМ (модель Т-1). Их выпускал московский завод САМ, построенный в 1930-е. (После войны он стал одним из основных предприятий по выпуску ЭВМ.) Тогда же и там же под руководством Исаака Брука были сконструированы механический интегратор и электрический расчётный стол для определения стационарных режимов энергетических систем.
В 1942-44 годах в США был разработан операционный или "решающий" усилитель - усилитель постоянного тока, имеющий весьма высокий коэффициент усиления. Это позволило создавать аналоговые компьютеры без движущихся частей, на постоянном токе. В СССР в 1945-46 годах под руководством Гутенмахера были созданы первые электронные аналоговые машины с повторением решения. В 1949 году в СССР был построен целый ряд АВМ (аналоговых вычислительных машин) на постоянном токе - для создания советской атомной бомбы требовалось огромное количество вычислений. Эти работы положили начало развитию аналоговой вычислительной техники в СССР.
В 60-х годах аналоговые компьютеры уже могли совершать расчеты с точностью до одной десятитысячной. Это было невероятным успехом, и они на какое-то время стали повседневным инструментом ученых для решения множества специфических задач (таких, как расчет запасов нефти и газа и прогнозирование погоды). В Советском Союзе серийно выпускалось 9 типов электронных аналоговых вычислительных машин; их расцвет пришелся на 60-70-е годы ХХ века. Затем пришли цифровые компьютеры, и история вычислительной техники повернула в совсем другое русло.
Теория аналоговых вычислителей
В системах автоматического управления аналоговые компьютеры используются для вычисления сводных параметров процесса (мощность, производительность и др.). Такому вычислителю заранее задается математическое выражение, определяющее связь сводного параметра или управляющего воздействия с координатами объекта, а АВМ решают соответствующее уравнение. Результат вычислений поступает прямиком на исполнительный механизм (автоматическая регуляция) либо выдается оператору, который и принимает решение о необходимости изменить параметры. Если же управляющая инструкция заранее не определена, а заданы только критерии оптимальности и граничные условия, АВМ служат математической моделью объекта для поиска оптимальной модели управления.
Решающие элементы АВМ делятся на три группы: линейные, нелинейные и логические. Линейные решающие элементы выполняют математические операции суммирования, интегрирования, перемены знака, умножения на постоянную величину и так далее. Нелинейные (функциональные преобразователи) отвечают за нелинейные зависимости, воспроизводя заданную функцию от одного, двух и большего числа аргументов. К логическим решающим элементам относятся устройства непрерывной логики, например, предназначенные для выделения наибольшей или наименьшей из нескольких величин, а также устройства дискретной логики, релейные переключающие схемы и некоторые другие специальные блоки. Все логические устройства обычно объединяются в одном, называемом устройством параллельной логики. Оно снабжается своим наборным полем для соединения отдельных логических устройств между собой и с остальными решающими элементами АВМ.
Главная специфика работы отдельных решающих элементов АВМ - их неточность, в результате чего найденное решение неизбежно имеет погрешности. Результирующая погрешность зависит от характера и особенностей решаемой задачи; эта погрешность увеличивается с ростом числа решающих (особенно нелинейных) элементов, включённых последовательно. На практике при исследовании устойчивых нелинейных систем автоматического управления, если порядок набираемой системы дифференциальных уравнений не выше 10-го, погрешность не превышает нескольких %.
Эпилог
Аналоговые компьютеры отправляли в космос Гагарина, управляли турбинами на гидроэлектростанциях и первыми атомными реакторами, активно использовались военными и создавали звук в музыкальных синтезаторах. Они ушли, уступив место цифровым технологиям. Однако остался один класс аналоговых компьютеров, работа которых пока лежит за гранью понимания современной науки, - биологические компьютеры. Ученые до сих пор не могут толком разобраться, как принимает решения обыкновенная муха, не говоря уже про ее несколько более крупного собрата - человека.
Виктор ДЕМИДОВ
Автор благодарит Большую Советскую Энциклопедию за любезно предоставленную информацию.
Комментарии
Страницы
Далеко ходить не надо. Возьмем текст из обсуждаемой статьи.
"Цифровые компьютеры работают конечными шагами. Аналоговые, в отличие от них, оперируют недискретными данными и, соответственно, программируются заданием физических характеристик их компонентов."
Ага, уже есть некие характеристики.
"Типичный пример - автомобильная трансмиссия. Ее программа работы изменяется перемещением ручки переключения передач, что заставляет жидкость в гидроприводе менять направление течения, производя нужный результат."
Т.е. есть пороговые значения, при достижении которых происходит некое событие. Т.е.? Правильно. ДИСКРЕТИЗАЦИЯ.
"Традиционно различают механические, пневматические, гидравлические, электромеханические и электронные аналоговые вычислительные машины. Но в любом случае аналоговый компьютер - это аппарат, который выполняет арифметические расчеты с числами, представленными физическими величинами."
Опс. Опять некие "загадочные" "физические величины". Это что такое? Правильно. ДИСКРЕТИЗАЦИЯ.
"В механических аналоговых компьютерах числа представляются количеством поворотов шестеренок механизма. "
Ой. Опять эта "проклятая" и всеми нелюбимая ДИСКРЕТИЗАЦИЯ.
"В электрических аналоговых машинах для представления числа используются различия в напряжении."
И опять, и опять, и опять.
И что прикажете делать? Правильно. ДУМАТЬ, ДУМАТЬ И ЕЩЕ РАЗ ДУМАТЬ.
"Аналоговый компьютер (analogue computer) - Компьютер, представляющий числовые данные с помощью аналоговых физических переменных, таких как скорость, длина или напряжение, в отличие от цифрового представления. Является противоположностью цифровым компьютерам (digital computer)."
Вы, парни, такого начитались? А думать не надо?
Ладненько, тогда обратимся вот к чему:
используются ли в цифровой технике пороговые значения?
http://www.brgu.ru/data/facultet/fizmat/ktf/zifrovaja_texnika/1_01.htm
"Напряжение логической единицы U1 – значение высокого уровня напряжения для "положительной" логики и значение низкого уровня напряжения для "отрицательной" логики.
Напряжение логического нуля U0 – значение низкого уровня напряжения для "положительной" логики и значение высокого уровня напряжения для "отрицательной" логики.
Пороговое напряжение логической единицы U1пор – наименьшее значение высокого уровня напряжения для "положительной" логики или наибольшее значение низкого уровня напряжения для "отрицательной" логики на входе микросхемы, при котором она переходит из одного устойчивого состояния в другое.
Пороговое напряжение логического нуля U0пор – наибольшее значение низкого уровня напряжения для "положительной" логики или наименьшее значение высокого уровня напряжения для "отрицательной" логики на входе микросхемы, при котором она переходит из одного устойчивого состояния в другое. "
Так в чем разница? В способе представления чисел? Тех же 0 и 1?
"В 1930 году американским ученым Ванневером Бушем была разработана счетная машина - дифференциальный анализатор. Это был первый в мире аналоговый компьютер. (По этой причиненекоторые считают, что Буш является отцом современного компьютера, а не Чарльз Бэббидж, авторпроекта вычислительной "Аналитической машины".) Машина Буша оказалась способной быстрорешать сложные математические задачи. Она приводилась в действие электричеством, а для храненияинформации в ней использовались электронные лампы, подобные тем, что использовались в те временав радиоприемниках."
И на том основании, что в так называемых "аналоговых" компьютерах используются налоговые элементы делается вывод о чем? ;)
Один недалекий человек ляпнет, а потом все с упоением пересказывают ту чушь.
"При передаче информации от источника к получателю используется некоторый носитель информации. Сообщение, передаваемое с помощью носителя, называют сигналом. Если при передаче сигнала одна изего характеристик (параметр сигнала) принимает конечное число значений, то такой сигнал (как и самосообщение) называют дискретным. Информация, передаваемая при этом, также будет дискретной. Еслипри передаче источник вырабатывает непрерывное сообщение, то в этом случае передаваемаяинформация будет непрерывной. Примером дискретного сообщения может быть процесс чтения книги, информация в котором представлена дискретной последовательностью букв. Примером непрерывногосообщения - человеческая речь, передаваемая звуковой волной. Непрерывное сообщение всегда можно преобразовать в дискретное. Процесс такого преобразованияназывают дискретизацией"
Угадайте с трех раз, что здесь не так?
Жду ответа с нетерпением.
5 апреля 2007 года, 13:01
>Полковник, все-таки Вы не правы. В 75 и 125 комплексах задачу наведения ракет решали аналоговые шкафы с лампами, где все величины были представлены напряжением.
И что из того? Величины представлены напряжением? А оно как измеряется - дискретно али как?
>Не было там никаких "порогов" и "дискретизаций", все решалось просто: надо сложить две величины, напряжения сложили.
Ну и? Две величины. Сложили. Величины какие - непрерывные или все же дискретные? Воробей пролетел, ворона или самолет? Как лпределить? Пороговыми значениями, однако. Так что же получается? ;) А тот же АЦП по результату работы. Просто умные люди пришли к выводу, что с явной дискретизацией работать проще. Поле для маневра намного больше. Погрешности можно уменьшать. Математику сложную прикручивать. Прогресс, однако. И коррекция ошибок. Вот все на "цифру" и уходит. Ведь такая ж хорошая технология мобильная NMT была, правда? ;)
Меня вчера все это очень развеселило. Вот я и стебаюсь. Пардон.
Страницы