ANALOGA DATORER: EGENSKAPER, KOMPONENTER, TYPER - TEKNOLOGI - 2025

De analoga datorerna är en typ av dator som använder kontinuerligt föränderliga aspekter av fysiska fenomen, såsom elektriska mängder, mekaniska eller hydrauliska, för att modellera problemet som löses.

Det vill säga de är datorer som arbetar med siffror representerade av direkt mätbara kontinuerliga värden, såsom tryck, temperatur, spänning, hastighet och vikt. Däremot representerar digitala datorer dessa värden symboliskt.

Källa: X-15_Analog_computer by How it made - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52164169

Analoga datorer kan ha ett mycket brett spektrum av komplexitet. De enklaste är glidregler och nomogram, medan datorerna som styr marinvapen och stora digitala / analoga datorer är bland de mest komplicerade. Då var de de första datormaskinerna som utvecklats.

Processkontrollsystem och skyddsreläer använder analog databehandling för att utföra kontroll- och skyddsfunktioner.

På 1960-talet var huvudtillverkaren det amerikanska företaget Electronic Associates, med sin analoga 231R-dator, med vakuumrör och 20 integratorer. Senare, med sin 8800 analoga dator, med solid-state op-amp och 64 integratorer.

Byte av digitala datorer

På 60-70-talet blev digitala datorer, baserade först på vakuumrör, och senare på transistorer, integrerade kretsar och mikroprocessorer, mer ekonomiska och exakta.

Detta ledde till att digitala datorer till stor del ersatte analoga datorer. Analoga datorer fortsatte dock att användas i vetenskapliga och industriella applikationer, eftersom de vid den tiden vanligtvis var mycket snabbare.

Till exempel fortsatte de att användas i vissa specifika applikationer, till exempel flygdatorn i flygplan.

Mer komplexa applikationer, såsom syntetisk bländarradar, förblev under dominans av analog dator redan på 1980-talet, eftersom digitala datorer inte var tillräckliga för uppgiften.

Forskning pågår fortfarande om analog databehandling. Vissa universitet använder fortfarande analoga datorer för att undervisa teorin om kontrollsystem.

egenskaper

Analog databehandling

En analog dator används för att bearbeta analoga data, såsom spänning, temperatur, tryck, hastighet etc. Den lagrar kontinuerligt denna information om fysiska mängder och gör beräkningar med hjälp av dessa mätningar.

Det skiljer sig mycket från den digitala datorn, som använder symboliska nummer för att representera resultaten.

Analoga datorer är utmärkta för situationer som kräver att data mäts direkt utan att konvertera dem till siffror eller koder.

Med hjälp av analoga signaler

Den analoga datorn använder den analoga signalen, som kan representeras som en kontinuerlig eller sinusformad våg, som innehåller värden som varierar över tiden.

En analog signal kan variera i amplitud eller frekvens. Amplitudvärdet är signalens intensitet relaterad till dess högsta punkt, kallad vapnet och dess lägsta punkter. Å andra sidan är värdet på frekvensen dess fysiska längd från vänster till höger.

Exempel på analoga signaler är ljud eller mänskligt tal genom elektrifierad koppartråd.

Analoga datorer kräver ingen lagringskapacitet eftersom de i en enda åtgärd mäter och jämför mängder.

Begränsad precision

Analoga representationer har begränsad precision, vanligtvis till några få decimaler.

Noggrannheten för en analog dator begränsas av dess datorelement, liksom kvaliteten på intern ström och elektriska sammankopplingar.

Det är huvudsakligen begränsat av precisionen i den läsutrustning som används, som i allmänhet är tre eller fyra decimaler.

Programmering

Programmering i en analog dator innebär att problemets ekvationer omvandlas till den analoga datorkretsen.

Vad är analoga datorer för?

De används för att representera data med mätbara mängder, såsom spänningar eller växelrotation, för att lösa ett problem istället för att uttrycka data som siffror.

Övervakning och kontroll

I övervaknings- och styrsystem används de för att bestämma en kontrollformel och för att beräkna processparametrar, såsom effektivitet, effekt, prestanda och andra.

Om du kan tilldela ett matematiskt uttryck som definierar kopplingen mellan en parameter och koordinaterna för ett objekt kan den analoga datorn lösa motsvarande ekvation.

Till exempel används analoga datorer ofta för att utvärdera kraftsystemens ekonomiska effektivitet och kan fungera som automatiska regulatorer.

De används ofta för att kontrollera processer som de i oljeraffinaderier, där kontinuerliga flödes- och temperaturmätningar är viktiga.

Avancerad analys

Genom att upprepade gånger lösa systemet med ekvationer som beskriver en kontrollerad process kan en analog dator skanna ett stort antal alternativa lösningar på kort tid. För detta använder den olika värden i parametrarna som kan ändras under processen.

Den erforderliga kvaliteten kan garanteras med hjälp av styrsignaler som tillkännages av den analoga datorn.

Värdena som bestäms av datorn överförs till en regleranordning som justerar styrpunkterna.

Bestämning av störande eller användbara signaler

Storleken på en störande eller användbar signal bestäms med hjälp av differentiella ekvationer som beskriver det dynamiska systemet, värdena på de initiala förhållandena, utöver de förändringar som bestäms i statistiken som mäter brus och signal.

En analog dator kan också användas för att bygga instrument som automatiskt registrerar störningar och producerar en styrsignal, vilket beror på störningens karaktär och kvantitet.

Dynamisk systemsimulering

Simuleringarna kan utföras i realtid eller med mycket höga hastigheter, vilket gör det möjligt att experimentera med upprepade körningar med de förändrade variablerna.

De har använts i stor utsträckning i flygplanssimuleringar, kärnkraftverk och även i industriella kemiska processer.

Komponenter

Operationsförstärkare

De flesta elektriska analoga datorer fungerar genom att manipulera spänningar eller potentiella skillnader. Dess grundkomponent är driftsförstärkaren, som är en enhet vars utgångsström är proportionell mot dess ingångspotentialskillnad.

Genom att få denna utgångsström att flöda genom de lämpliga komponenterna erhålls fler potentialskillnader och ett brett utbud av matematiska operationer kan utföras, inklusive tillägg, subtraktion, inversion och integration.

En elektrisk analog dator består av många typer av förstärkare. Dessa kan anslutas för att generera ett matematiskt uttryck med stor komplexitet och med en mängd variabler.

Hydrauliska komponenter

Viktiga hydraulkomponenter kan inkludera rör, ventiler och containrar.

Mekaniska komponenter

Det kan finnas rotationsaxlar för att transportera data i datorn, differentiella växlar, skiva, kula eller rullintegratorer, 2-D och 3-D kammar, mekaniska upplösare och multiplikatorer och servomoment.

Elektriska och elektroniska komponenter

- Precisionsmotstånd och kondensatorer.

- Driftsförstärkare.

- Multiplikatorer.

- Potentiometrar.

- Fasta funktionsgeneratorer.

Enligt arten av matematiska operationer

Linjär

Linjära komponenter utför operationerna för tillägg, integration, teckenförändringar, multiplikation med en konstant och andra.

Icke linjär

Funktionsgeneratorer reproducerar icke-linjära relationer. Det finns datorkomponenter som är utformade för att återge en tilldelad funktion, från ett, två eller flera argument.

Det är vanligt i denna klass att skilja mellan enheter som återger diskontinuerliga funktioner med en enda argument och multiplikatordelareenheter.

Logisk

Bland de logiska komponenterna finns analoga logiska anordningar, utformade för att skilja den större eller mindre mängden mellan flera mängder, diskreta logiska enheter, reläomkopplingskretsar och vissa andra specialenheter.

Alla logiska enheter kombineras vanligtvis till en, kallad en parallell logisk enhet. Den är utrustad med en egen patchpanel för att ansluta enskilda logiska enheter till varandra och till de andra analoga komponenterna på datorn.

typer

Mekaniska datorer

De är byggda av mekaniska komponenter, till exempel spakar och växlar, snarare än elektroniska komponenter.

De vanligaste exemplen är att lägga till maskiner och mekaniska räknare, som använder vridning av växlar för att utföra tillägg eller räkningar. Mer komplexa exempel kan utföra multiplikation och delning och till och med differentiell analys.

De mest praktiska mekaniska datorerna använder roterande axlar för att transportera variabler från en mekanism till en annan.

I Fourier-syntesen, som var en maskin för att förutsäga tidvattnet, användes kablar och remskivor som lägger till de harmoniska komponenterna.

Det är viktigt att nämna de mekaniska flyginstrumenten i det tidiga rymdskeppet, som visade det beräknade resultatet inte i form av siffror, utan genom förskjutningar av indikatorytorna.

Bemannade sovjetiska rymdfarkoster var utrustade med ett instrument som heter Globus. Detta visade den figurativa rörelsen av jorden genom förskjutningen av en miniatyr markjordklot, förutom indikatorer för latitud och longitud.

Elektriska datorer

De är vanligare eftersom de har ett väsentligt bredare passband och är praktiska för anslutning till andra datorer och till enhetsstyrelement.

De använder elektriska signaler som flödar genom olika motstånd och kondensatorer för att simulera fysiska fenomen, snarare än mekanisk interaktion mellan komponenter.

Utformningen av de analoga elementen på datorn är baserad på likström elektroniska förstärkare. Dessa har hög förstärkning i öppen kretsläge.

Beroende på strukturen för ingångs- och återkopplingskretsarna utför en op-förstärkare antingen en linjär eller en icke-linjär matematisk operation. Också en kombination av dessa operationer.

Denna typ av analog dator användes allmänt inom datoranläggning och militär teknik i mitten av 1900-talet, såsom i flygplan och missiltest.

Skillnader med digital

Signalöverföring

Digitala signaler har två diskreta tillstånd, av eller på. Av-tillståndet är noll volt och till-tillståndet är fem volt. Det är därför digitala datorer använder binära taldata i form av 0 och 1.

Analoga signaler är kontinuerliga. De kan vara var som helst mellan två ytterligheter, till exempel -15 och +15 volt. Spänningen på en analog signal kan vara konstant eller variera över tiden.

Det vill säga, i analoga datorer överförs data i form av kontinuerliga signaler. I digitala datorer överförs de i form av diskreta signaler.

Kretsstyper

Analoga datorkretsar använder operativa förstärkare, signalgeneratorer, motståndsnät och kondensatorer. Dessa kretsar behandlar kontinuerliga spänningssignaler.

Digitala datorer använder en mängd olika på / av-kretsar, t.ex. mikroprocessorer, klockgeneratorer och logiska grindar.

Det vill säga den digitala datorn använder elektroniska kretsar, medan den analoga datorn använder motstånd för det kontinuerliga flödet av signalen.

Precision

Analoga datorer måste hantera en viss nivå av elektriskt brus i kretsar, vilket påverkar deras noggrannhet. Kretsarna på en digital dator har också elektriskt brus, även om detta inte har någon effekt på noggrannhet eller tillförlitlighet.

Å andra sidan kan den analoga datorn inte ge upprepade resultat med en exakt matchning. Detta innebär att analoga datorer är mindre exakta jämfört med digitala datorer.

Programmering

Både analoga och digitala datorer kan programmeras, även om metoderna är olika.

Digitala datorer använder komplexa sekvenser av instruktioner, som att jämföra eller multiplicera två siffror eller flytta data från en plats till en annan.

För att programmera en analog dator är olika delsystem elektriskt anslutna med kablar till varandra. Till exempel är en signalgenerator ansluten till en kontrollvred för att variera signalens intensitet.

exempel

Slottklocka

Denna berömda dator kunde lagra programmeringsinstruktioner. Enheten var över tre meter hög och visade tiden, zodiaken och även solens och månens banor.

Beräkningsdelen av enheten tillät således användarna att ställa in den variabla längden på dagen beroende på säsong. Beskrivs 1206 var den här datorn mycket komplex för sin tid.

Räknesticka

En av de enklaste och mest igenkännliga mekaniska analoga datorerna är slidregeln. Detta är en enhet för att ungefärliga grundläggande matematiska beräkningar.

Användare skjuter en markerad stång för att justera den med olika märken på en annan stav, och läser således enheten baserat på justeringen av dessa olika märken.

Differentialanalysator

Denna mekaniska analoga dator kunde lösa differentiella ekvationer. Med en så gammal design som i början av 1800-talet var den differentiella analysatorn perfektionerad på 1930-talet och användes till mitten av 1900-talet.

Det anses vara den första moderna datorn. Den vägde 100 ton och innehöll 150 motorer, plus hundratals miles av kablar som ansluter reläer och vakuumrör.

Enligt dagens standard var maskinen långsam. I själva verket var det bara hundra gånger snabbare än en mänsklig operatör som använde en stationär kalkylator.

Andra exempel

- Predictor Kerrison.

- Bibliotek, balans och viktdator för ett flygplan.

- Mekaniska integratorer som planimetern.

- Nomogram.

- Nordens bombarderingsvisir.

- Datorer relaterade till brandkontroll.

- Vattenintegratorer.

- MONIAC, ekonomisk modellering.

Simulation Council var en sammanslutning av analoga datoranvändare i USA.

Simulationsrådets nyhetsbrev från 1952 till 1963 är för närvarande tillgängliga online. De visar teknologierna vid den tiden och även den vanliga användningen av analoga datorer.

referenser

1. Wikipedia, gratis encyklopedi (2019). Analog dator. Hämtad från: en.wikipedia.org.
2. Techopedia (2019). Analog dator. Hämtad från: ceilingpedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Vad är analog dator? - Definition. E-datoranteckningar. Hämtad från: ecomputernotes.com.
4. Encyclopaedia Britannica (2019). Analog dator. Hämtad från: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 skillnader mellan analoga och digitala datorer. Hämtad från: techwalla.com.
6. The Free Dictionary (2019). Analog dator. Hämtad från: encyklopedia2.thefreediction.com.
7. Encyclopedia (2002). Dator, analog. Hämtad från: encyclopedia.com.