ANALOGNA RAČUNALA: KARAKTERISTIKE, KOMPONENTE, VRSTE - TEHNOLOGIJA - 2025

U Analogna računala su vrsta računala koje koristi stalno mijenja aspekte fizikalnih pojava, kao što su električnih veličina, mehaničkim ili hidrauličkim, modelirati problem rješava.

Odnosno, to su računala koja rade s brojevima predstavljenim izravno mjerljivim kontinuiranim vrijednostima, poput tlaka, temperature, napona, brzine i težine. Suprotno tome, digitalna računala predstavljaju ove vrijednosti simbolično.

Izvor: X-15_Analog_computer Po načinu izrade - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, Analogna računala mogu imati vrlo širok raspon složenosti. Najjednostavniji su pravila o dijapozitivima i nomogrami, dok su računala koja upravljaju pomorskim puškama i velika hibridna digitalna / analogna računala među najkompliciranijima. U to su vrijeme bili prvi razvijeni računalni strojevi.

Sustavi za upravljanje procesima i zaštitni releji koriste analogno računanje za obavljanje funkcija upravljanja i zaštite.

Šezdesetih godina prošlog stoljeća glavni je proizvođač bila američka tvrtka Electronic Associates, sa svojim analognim računarom 231R, s vakuumskim cijevima i 20 integratora. Kasnije, sa svojim analognim računarom od 8800, s SSD-om i 64 integratora.

Zamjena digitalnim računalima

U 60-ima i 70-ima digitalna računala, koja su se temeljila prvo na vakuumskim cijevima, a kasnije na tranzistorima, integriranim krugovima i mikroprocesorima, postali su ekonomičniji i precizniji.

To je dovelo do toga da su digitalna računala uvelike zamijenila analogna računala. Međutim, analogna računala nastavila su se koristiti u znanstvenim i industrijskim primjenama jer su u to vrijeme bila obično puno brža.

Na primjer, nastavili su se koristiti u nekim specifičnim aplikacijama, poput letačkog računala u zrakoplovima.

Složenije aplikacije, poput sintetskog radara blende, i dalje su bile pod dominacijom analognog računalstva dobro u 80-ima, jer digitalna računala nisu bila dovoljna za zadatak.

Istraživanje i dalje traje na analognom računanju. Neka sveučilišta još uvijek koriste analogna računala za podučavanje teorije upravljačkih sustava.

karakteristike

Analogna obrada podataka

Analogno računalo koristi se za obradu analognih podataka, kao što su napon, temperatura, tlak, brzina itd. On kontinuirano pohranjuje ove podatke fizikalnih veličina i vrši proračune uz pomoć tih mjerenja.

Sasvim se razlikuje od digitalnog računala koje koristi simboličke brojeve za predstavljanje rezultata.

Analogna računala odlična su za situacije u kojima je potrebno izravno mjeriti podatke, bez pretvaranja u brojeve ili kodove.

Korištenje analognih signala

Analogno računalo koristi analogni signal, koji se može predstaviti kao kontinuirani ili sinusni val, koji sadrži vrijednosti koje variraju s vremenom.

Analogni signal može varirati u amplitudi ili frekvenciji. Vrijednost amplitude je intenzitet signala koji se odnosi na njegovu najvišu točku, koja se naziva greben, i najnižu točku. S druge strane, vrijednost frekvencije je njegova fizička duljina s lijeva na desno.

Primjeri analognih signala su zvuk ili ljudski govor pomoću elektrificirane bakrene žice.

Analogna računala ne zahtijevaju nikakav kapacitet pohrane jer u jednoj operaciji mjere i uspoređuju količine.

Ograničena preciznost

Analogni prikazi imaju ograničenu preciznost, obično na nekoliko decimalnih mjesta.

Točnost analognog računala ograničena je računalnim elementima, kao i kvalitetom unutarnjih napajanja i električne povezanosti.

Ograničena je uglavnom preciznošću opreme koja se koristi za očitavanje, što je općenito tri ili četiri decimalna mjesta.

Programiranje

Programiranje na analognom računalu uključuje pretvaranje jednadžbi problema u analogni računalni krug.

Za što su analogna računala?

Koriste se za predstavljanje podataka mjerljivim količinama, kao što su naponi ili rotacija zupčanika, kako bi se riješio problem, umjesto da se podaci izraze kao brojevi.

Nadzor i kontrola

U nadzornim i kontrolnim sustavima koriste se za određivanje kontrolne formule i za izračunavanje procesnih parametara, poput učinkovitosti, snage, performansi i drugih.

Ako možete dodijeliti matematički izraz koji definira povezanost parametra s koordinatama objekta, analogno računalo može riješiti odgovarajuću jednadžbu.

Na primjer, analogna računala široko se koriste za procjenu ekonomske učinkovitosti elektroenergetskih sustava i mogu služiti kao automatski regulatori.

Često se koriste za kontrolu procesa poput onih u rafinerijama nafte, gdje su važna stalna mjerenja protoka i temperature.

Napredna analiza

Višestrukim rješavanjem sustava jednadžbi koji opisuje kontrolirani proces, analogno računalo može u kratkom vremenu skenirati veliki broj alternativnih rješenja. Da bi to učinio, koristi različite vrijednosti u parametrima koji se mogu mijenjati tijekom postupka.

Potrebna kvaliteta može se zajamčiti pomoću upravljačkih signala koje najavljuje analogno računalo.

Vrijednosti određene računalom prenose se na regulator koji regulira upravljačke točke.

Određivanje uznemirujućih ili korisnih signala

Jačina uznemirujućeg ili korisnog signala određuje se pomoću diferencijalnih jednadžbi koje opisuju dinamički sustav, vrijednosti početnih uvjeta, uz promjene određene u statistikama koje mjere buku i signal.

Analogno računalo može se koristiti i za izradu instrumenata koji automatski bilježe poremećaje i proizvode upravljački signal, što će ovisiti o karakteru i količini poremećaja.

Simulacija dinamičkih sustava

Simulacije se mogu provesti u stvarnom vremenu ili vrlo velikim brzinama, omogućujući tako eksperimentiranje s ponovljenim pokusima s promijenjenim varijablama.

Oni su se široko koristili u simulacijama zrakoplova, nuklearnim elektranama, kao i u industrijskim kemijskim procesima.

komponente

Operativno pojačalo

Većina električnih analognih računala rade manipuliranjem naponima ili potencijalnim razlikama. Njegova osnovna komponenta je operativno pojačalo, a to je uređaj čija je izlazna struja proporcionalna razlici ulaznog potencijala.

Prisiljavajući ovu izlaznu struju da prođe kroz odgovarajuće komponente, dobivaju se veće potencijalne razlike i može se provesti mnoštvo matematičkih operacija, uključujući zbrajanje, oduzimanje, inverziju i integraciju.

Električno analogno računalo sastoji se od mnogo vrsta pojačala. One se mogu povezati za stvaranje matematičkog izraza velike složenosti i s mnoštvom varijabli.

Hidrauličke komponente

Ključne hidrauličke komponente mogu uključivati ​​cijevi, ventile i spremnike.

Mehaničke komponente

Postoje rotacijske osi za prijenos podataka unutar računala, diferencijalan zupčanik, disk, kuglični ili valjkasti integrator, 2-D i 3-D kamera, mehanički razređivači i množitelji i servo-momenti.

Električne i elektroničke komponente

- Precizni otpornici i kondenzatori.

- Operativna pojačala.

- Množitelji.

- Potenciometri.

- Generatori s fiksnom funkcijom.

Prema prirodi matematičkih operacija

linearan

Linearne komponente izvode operacije dodavanja, integracije, promjene znakova, množenja konstantom i druge.

Nelinearno

Generatori funkcija reproduciraju nelinearne odnose. Postoje računalne komponente dizajnirane za reprodukciju dodijeljene funkcije iz jednog, dva ili više argumenata.

U ovoj je klasi uobičajeno razlikovati uređaje koji reproduciraju diskontinuirane funkcije s jednim argumentom i uređaje za djeljenje multiplikatora.

logičan

Među logičkim komponentama su analogni logički uređaji, dizajnirani da razdvajaju veću ili manju količinu između različitih veličina, diskretne logičke uređaje, sklopne sklopke releja i neke druge posebne jedinice.

Svi logički uređaji obično se kombiniraju u jedan, koji se naziva paralelni logički uređaj. Opremljen je vlastitom zakrpom za povezivanje pojedinih logičkih uređaja međusobno i s drugim analognim komponentama računala.

vrste

Mehanička računala

Građeni su od mehaničkih komponenti, poput poluga i zupčanika, a ne od elektroničkih komponenata.

Najčešći primjeri su dodavanje strojeva i mehaničkih brojila, koji koriste okretanje zupčanika za izvršavanje dodavanja ili odbrojavanja. Složeniji primjeri mogli bi provesti množenje i dijeljenje, pa čak i diferencijalnu analizu.

Najpraktičnija mehanička računala koriste rotirajuće osi za prijevoz varijabli s jednog mehanizma na drugi.

U sintetizatoru Fourier, koji je bio stroj za predviđanje plime, korišteni su kablovi i remenice koji su dodali harmoničke komponente.

Važno je spomenuti mehaničke instrumente leta u ranim svemirskim brodovima, koji su pokazali izračunati rezultat ne u obliku znamenki, već kroz pomake pokazivačkih površina.

Sovjetske svemirske letjelice opremljene su instrumentom nazvanim Globus. To je pokazalo figurativno kretanje Zemlje pomicanjem minijaturnog zemaljskog globusa, uz pokazatelje zemljopisne širine i dužine.

Električna računala

Oni su češći jer imaju znatno širi propusni opseg i prikladni su za povezivanje s drugim računalima i upravljačkim elementima uređaja.

Oni koriste električne signale koji prolaze kroz različite otpornike i kondenzatore da simuliraju fizičke pojave, a ne mehaničku interakciju komponenata.

Dizajn analognih elemenata računala zasnovan je na elektronskim pojačalima istosmjerne struje. Oni imaju visoki dobitak u načinu otvorenog kruga.

Ovisno o strukturi ulaznih i povratnih krugova, op amp izvodi linearnu ili nelinearnu matematičku operaciju. Također kombinacija ovih operacija.

Ova vrsta analognog računala široko se koristila u računarstvu i vojnoj tehnologiji sredinom 20. stoljeća, poput zrakoplovnih i raketnih ispitivanja.

Razlike s digitalnim

Prijenos signala

Digitalni signali imaju dva diskretna stanja, isključeno ili uključeno. Isključeno stanje je nula, a stanje uključenosti pet volti. Zbog toga digitalna računala koriste podatke binarnih brojeva, u obliku 0 i 1.

Analogni signali su kontinuirani. Mogu biti bilo gdje između dvije krajnosti, poput -15 i +15 volti. Napon analognog signala može biti stalan ili varirati s vremenom.

To jest, u analognim računalima podaci se prenose u obliku kontinuiranih signala. U digitalnim računalima oni se prenose u obliku diskretnih signala.

Vrste krugova

Analogni računalni sklopovi koriste operativna pojačala, generatore signala, otporničke mreže i kondenzatore. Ovi sklopovi obrađuju signale kontinuiranog napona.

Digitalna računala koriste razne sklopke za uključivanje / isključivanje, kao što su mikroprocesori, generatori takta i logička vrata.

To jest, digitalno računalo koristi elektroničke sklopove, dok analogno računalo koristi otpornike za kontinuirani protok signala.

Preciznost

Analogna računala moraju se nositi s određenom razinom električne buke u krugovima, što utječe na njihovu točnost. Krugovi digitalnog računala također imaju električnu buku, iako to ne utječe na točnost i pouzdanost.

S druge strane, analogno računalo ne može proizvesti ponavljajuće rezultate s točno podudaranjem. To znači da su analogna računala manje precizna u usporedbi s digitalnim računalima.

Programiranje

Mogu se programirati i analogna i digitalna računala, iako su metode različite.

Digitalna računala koriste složene sekvence uputa, poput usporedbe ili množenja dva broja ili premještanja podataka s jednog mjesta na drugo.

Za programiranje analognog računala različiti su podsustavi međusobno električno povezani kablovima. Na primjer, generator signala spojen je na upravljački gumb, radi promjene intenziteta signala.

Primjeri

Dvorac sat

Ovo slavno računalo bilo je sposobno pohraniti programske upute. Stojeći preko tri metra visine, uređaj je prikazivao vrijeme, zodijak, a također i orbite sunca i mjeseca.

Računalni dio uređaja omogućio je korisnicima postavljanje promjenjive dužine dana, ovisno o sezoni. Opisano 1206. godine, ovo je računalo za svoje vrijeme bilo vrlo složeno.

Šiber

Jedno od najjednostavnijih i najprepoznatljivijih mehaničkih analognih računala je klizačko pravilo. Ovo je uređaj za približavanje osnovnih matematičkih izračuna.

Korisnici premještaju označenu šipku kako bi je poravnali s različitim oznakama na drugoj šipki, čitajući uređaj na temelju poravnanja tih različitih oznaka.

Diferencijalni analizator

Ovo mehaničko analogno računalo bilo je sposobno rješavati diferencijalne jednadžbe. Dizajn star kao 1800-ih, diferencijalni analizator usavršen je u tridesetima i korišten do sredine 20. stoljeća.

Smatra se prvim modernim računalom. Težila je 100 tona i sadržavala je 150 motora, plus stotine kilometara kabela koji su povezivali releje i vakuumske cijevi.

Po današnjim standardima stroj je bio spor. U stvari, bio je samo stotinu puta brži od ljudskog operatera koji koristi stolni kalkulator.

Ostali primjeri

- Prognoza Kerrison.

- Računalo s libraskopom, računarom i težinom zrakoplova.

- Mehanički integratori poput planimetra.

- Nomogram.

- Norden vizir za bombardiranje.

- Računala povezana s protupožarnom kontrolom.

- Vodni integratori.

- MONIAC, ekonomsko modeliranje.

Simulacijsko vijeće bilo je udruženje korisnika analognih računala u Sjedinjenim Državama.

Bilteni Simulacijskog vijeća od 1952. do 1963. trenutno su dostupni na mreži. Pokazuju tadašnje tehnologije i uobičajenu upotrebu analognih računala.

Reference

1. Wikipedija, besplatna enciklopedija (2019). Analogno računalo. Preuzeto sa: en.wikipedia.org.
2. Tehopedija (2019). Analogno računalo. Preuzeto sa: zgornja ploča.hr.
3. Dinesh Thakur (2019). Što je analogno računalo? - Definicija. Bilješke o elektroničkom računalu. Preuzeto sa: ecomputernotes.com.
4. Encyclopaedia Britannica (2019). Analogno računalo. Preuzeto sa: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 razlike između analognog i digitalnog računala. Preuzeto sa: techwalla.com.
6. Besplatni rječnik (2019). Analogno računalo. Preuzeto sa: encyclopedia2.thefreedictionary.com.
7. Enciklopedija (2002). Računalo, analogni. Preuzeto sa: encyclopedia.com.