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
Словоблудие. Тебе автоматически вычислено гораздо больше, чем ты просил. Просто это не тот комп, к которому ты привык. Дети, Майк, спрашивают, что такое логарифмическая линейка, внуки спросят так же про операционную систему, вот и вся тебе автоматизация :)
Хехе, все курсачи и дипломный проект считал на линейке. Вот никому же в голову не приходит обзывать комп арифмометром, а линейку компом - можно! Тьюринг с Нейманом в могилах переворачиваются от таких аффтараф.
>внуки спросят так же про операционную систему
ОСы появились значительно раноше компов. Где? В финансовых системах. Когда? Говорят, в древнем Египте. Ты ни разу про понятие "банк" не слышал?Исполнительными элементами этих ОС были люди со счетами, были и супервайзеры; знать историю компьютинга полезно некоторым аффтарам. Так что ОС форева; ну форева там или нет, а нас с тобой переживет. Видоизменится, конечно.
>Как тебе курвиметр?..
Тут уже наличествует автоматизация вычислений. Недаром в аббревиатуре ЭНИАК есть словечко "интегратор". Но мы говорили о линейке. Фу, как некрасиво подменять понятия.
Да, кстати, эти переворачивающиеся господа таки использовали слово "компьютер"? :) Гыыы, а более позднее племя фантастов говорило о калькуляторе или електронном мозге. Слова, слова..
>>Ты ни разу про понятие "банк" не слышал?
В Египте древнем не слышал. Он был тоталитарным государством, Майк. Слова, слова..
>>Тут уже наличествует автоматизация вычислений. .. Но мы говорили о линейке.
Статья, конечно, не о ней, а об аналоговых компах. Значить, с курвиметром ОК? Ты ему вручную вводишь кривую, а он сразу "говорит" ее длину. Well. Чем лог.линейка хуже? Ты ей вручную вводишь первый сомножитель, а она тебе аутаматычна показывает произведения для целого спектра значений второго сомножителя - выбирай одно или сфотографируй все на память. Таки она мощнее курвиметра :)
Нет, они гворили "машина", которое далее по-русски стало "ЭВМ", а по-англицки "компьютер". Что ЭВМ и комп - одно и то же у нас знали все студенты, как там у вас на "биофаке" - тебе виднее.
>Он [Египет] был тоталитарным государством.
И что? Управлять им не надо было?
>Значить, с курвиметром ОК?
Не ОК. Недаром ЭНИАК читается как "электронный нумератор, ИНТЕГРАТОР & КОМПЬЮТЕР", т.е. отцы-создатели четко понимали, что автоматизация автоматизации рознь; в одном случае речь идет о механизации накопления, в другом - о хранимости алгоритма. Поэтому запиши в блокнот или в репу: "ЭВМ" = "компьютер" и не рви себе извилины. А что ЭВМ бывают разными - так это мы знаем. Пиши про НК.
Странно, а у меня компьютер умеет интегрировать. Два в одном. Как удалось?
Майк, не дуры мне галавы, а? Компьютер = вычислитель. Вычисления бывают разные. Аналитические. Численные. Аналоговые. Графические. С помощью таблиц, номограмм, наконец. И не забудь свой любимый квантовый компьютинг :)
А у меня и порнуху показывает. Как удалось? Будем порноиздания звать компьютерами?
>Компьютер = вычислитель.
Молодец! 10 по демагогии. Т.к. всякий комп - вычислитель, но не всякий вычислитель есть комп, т.е. ЭВМ. Только не ссылайся на латынь. Терминология сложилась, не тот год на дворе. Или тебе это, как говорил А.Райкин, "рекбус-кроксворд", т.е. не понять?
P.S.
В любом случае - любое определения - приведет нас к "тексту" - от упоминания которого стонет mike (old student).
Надо так понимать, что КОМП (компьютер, что ли?) есть ЭВМ, то есть обязательно электронный? Нейрокомпьютер у Майка в голове НЕ электронный (пожалуйста, без обид, это у всех так, это медицинский факт). Как быть? Назвать его нейровычислителем? Гыыы.
>Надо так понимать, что КОМП (компьютер, значить) есть MACHINA, т.е. не обязательно электроника, но со своим ХРАНИМЫМ алгоритмическим поведением. Это же касается и аналоговых машин, и НК. Если до тебя это не доходит, то говорить нам не о чем.
>Майк, не дуры мне галавы, а?
Зачем? Ты ее себе уже сам задурил. И втюхиваешь эту дурь читателям.
Страницы