ANALOGE DATAMASKINER: EGENSKAPER, KOMPONENTER, TYPER - TEKNOLOGI - 2026

De analoge datamaskinene er en type datamaskin som bruker kontinuerlig skiftende aspekter av fysiske fenomener, for eksempel elektriske mengder, mekaniske eller hydrauliske, for å modellere problemet som løses.

Det vil si at de er datamaskiner som opererer med tall representert ved direkte målbare kontinuerlige verdier, for eksempel trykk, temperatur, spenning, hastighet og vekt. I kontrast representerer digitale datamaskiner disse verdiene symbolsk.

Kilde: 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

Analoge datamaskiner kan ha et veldig bredt spekter av kompleksitet. Det enkleste er lysregler og nomogrammer, mens datamaskinene som kontrollerer marinegevær og store digitale / analoge datamaskiner er blant de mest kompliserte. På den tiden var de de første datamaskinene som ble utviklet.

Prosessstyringssystemer og beskyttelsesreléer bruker analog databehandling for å utføre kontroll- og beskyttelsesfunksjoner.

På 1960-tallet var hovedprodusenten det amerikanske selskapet Electronic Associates, med sin 231R analoge datamaskin, med vakuumrør og 20 integratorer. Senere, med sin 8800 analoge datamaskin, med solid-state op-ampere og 64 integratorer.

Utskifting av digitale datamaskiner

På 60-70-tallet ble digitale datamaskiner, basert først på vakuumrør, og senere på transistorer, integrerte kretsløp og mikroprosessorer, mer økonomiske og presise.

Dette førte til at digitale datamaskiner i stor grad erstattet analoge datamaskiner. Imidlertid fortsatte analoge datamaskiner å brukes i vitenskapelige og industrielle applikasjoner, fordi de på det tidspunktet ofte var mye raskere.

For eksempel fortsatte de å bli brukt i noen spesifikke applikasjoner, for eksempel flycomputeren i fly.

Mer komplekse bruksområder, for eksempel syntetisk blenderradar, forble under dominansen av analog databehandling langt på 1980-tallet, da digitale datamaskiner ikke var tilstrekkelige for oppgaven.

Det pågår fortsatt forskning innen analog databehandling. Noen universiteter bruker fortsatt analoge datamaskiner for å lære teorien om kontrollsystemer.

kjennetegn

Analog databehandling

En analog datamaskin brukes til å behandle analoge data, for eksempel spenning, temperatur, trykk, hastighet, etc. Den lagrer kontinuerlig disse dataene for fysiske mengder og utfører beregninger ved hjelp av disse målingene.

Det er ganske forskjellig fra den digitale datamaskinen, som bruker symboltall for å representere resultatene.

Analoge datamaskiner er utmerket for situasjoner som krever at data måles direkte uten å konvertere dem til tall eller koder.

Ved hjelp av analoge signaler

Den analoge datamaskinen bruker det analoge signalet, som kan representeres som en kontinuerlig eller sinusbølge, som inneholder verdier som varierer over tid.

Et analogt signal kan variere i amplitude eller frekvens. Amplitudeverdien er intensiteten til signalet relatert til dets høyeste punkt, kalt crest, og dets laveste punkter. På den annen side er frekvensens verdi dens fysiske lengde fra venstre til høyre.

Eksempler på analoge signaler er lyd eller menneskelig tale gjennom elektrifisert kobbertråd.

Analoge datamaskiner krever ingen lagringskapasitet fordi de måler og sammenligner mengder i en enkelt operasjon.

Begrenset presisjon

Analoge representasjoner har begrenset presisjon, vanligvis til noen få desimaler.

Nøyaktigheten til en analog datamaskin er begrenset av databehandlingselementene, så vel som kvaliteten på intern strøm og elektriske sammenkoblinger.

Det er hovedsakelig begrenset av presisjonen til det brukte utstyret, som vanligvis er tre eller fire desimaler.

programmering

Programmering i en analog datamaskin innebærer å transformere likningene av problemet til den analoge datakretsen.

Hva er analoge datamaskiner for?

De brukes til å representere data ved målbare mengder, for eksempel spenninger eller girrotasjon, for å løse et problem, i stedet for å uttrykke dataene som tall.

Overvåking og kontroll

I overvåknings- og kontrollsystemer brukes de til å bestemme en kontrollformel og til å beregne prosessparametere, for eksempel effektivitet, kraft, ytelse og andre.

Hvis du kan tilordne et matematisk uttrykk som definerer tilknytningen til en parameter med koordinatene til et objekt, kan den analoge datamaskinen løse den tilsvarende ligningen.

For eksempel er analoge datamaskiner mye brukt for å evaluere den økonomiske effektiviteten til kraftsystemer, og kan tjene som automatiske regulatorer.

De brukes ofte til å kontrollere prosesser som de i oljeraffinerier, der kontinuerlig måling av strømning og temperatur er viktig.

Avansert analyse

Ved gjentatte ganger å løse ligningssystemet som beskriver en kontrollert prosess, kan en analog datamaskin skanne et stort antall alternative løsninger på kort tid. For å gjøre dette bruker den forskjellige verdier i parameterne som kan endres under prosessen.

Den nødvendige kvaliteten kan garanteres ved hjelp av styresignaler kunngjort av den analoge datamaskinen.

Verdiene som bestemmes av datamaskinen overføres til en reguleringsenhet, som justerer kontrollpunktene.

Bestemmelse av forstyrrende eller nyttige signaler

Størrelsen på et forstyrrende eller nyttig signal bestemmes ved å bruke differensialligninger som beskriver det dynamiske systemet, verdiene for de opprinnelige forholdene, i tillegg til endringene som er bestemt i statistikken som måler støy og signal.

En analog datamaskin kan også brukes til å bygge instrumenter som automatisk registrerer forstyrrelser og produserer et styresignal, som vil avhenge av forstyrrelsens karakter og mengde.

Dynamisk systemsimulering

Simuleringene kan utføres i sanntid eller i veldig høye hastigheter, og dermed tillate å eksperimentere med gjentatte kjøringer med de endrede variablene.

De har blitt brukt mye i flysimuleringer, kjernekraftverk og også i industrielle kjemiske prosesser.

komponenter

Driftsforsterker

De fleste elektriske analoge datamaskiner fungerer ved å manipulere spenninger eller potensielle forskjeller. Den grunnleggende komponenten er operasjonsforsterkeren, som er en enhet hvis utgangsstrøm er proporsjonal med inngangspotensialforskjellen.

Ved å få denne utgangsstrømmen til å strømme gjennom de aktuelle komponentene, oppnås flere potensielle forskjeller og en lang rekke matematiske operasjoner kan utføres, inkludert addisjon, subtraksjon, inversjon og integrasjon.

En elektrisk analog datamaskin består av mange typer forsterkere. Disse kan kobles til for å generere et matematisk uttrykk for stor kompleksitet og med et mangfold av variabler.

Hydrauliske komponenter

Viktige hydrauliske komponenter kan omfatte rør, ventiler og containere.

Mekaniske komponenter

Det kan være roterende akser for å transportere data i datamaskinen, differensialhjul, plate-, kule- eller rulleintegratorer, 2-D og 3-D-kammer, mekaniske oppløsere og multiplikatorer, og servomomenter.

Elektriske og elektroniske komponenter

- Presisjonsmotstander og kondensatorer.

- Driftsforsterkere.

- Multiplikatorer.

- Potensiometre.

- Generatorer med faste funksjoner.

I henhold til arten av matematiske operasjoner

lineær

Lineære komponenter utfører operasjoner for addisjon, integrasjon, skiltendringer, multiplikasjon med en konstant og andre.

Ikke-lineær

Funksjonsgeneratorer reproduserer ikke-lineære forhold. Det er datamaskinkomponenter designet for å gjengi en tildelt funksjon, fra ett, to eller flere argumenter.

Det er vanlig i denne klassen å skille mellom enheter som reproduserer diskontinuerlige funksjoner med ett argument og multiplikatorenheter.

Logisk

Blant de logiske komponentene er analoge logiske enheter, designet for å skille større eller mindre mengde mellom forskjellige mengder, diskrete logiske innretninger, relébryterkretser og noen andre spesielle enheter.

Alle logiske enheter er vanligvis kombinert i en, kalt en parallell logisk enhet. Det er utstyrt med et eget oppdateringspanel for å koble individuelle logiske enheter til hverandre og til de andre analoge komponentene på datamaskinen.

typer

Mekaniske datamaskiner

De er bygget av mekaniske komponenter, som spaker og gir, i stedet for elektroniske komponenter.

De vanligste eksemplene er å legge maskiner og mekaniske tellere, som bruker dreining av gir for å utføre tillegg eller tellinger. Mer komplekse eksempler kan utføre multiplikasjon og deling og til og med differensialanalyse.

De mest praktiske mekaniske datamaskinene bruker roterende akser for å transportere variabler fra en mekanisme til en annen.

I Fourier-synthesizeren, som var en maskin for å forutsi tidevann, ble det brukt kabler og trinser som tilførte de harmoniske komponentene.

Det er viktig å nevne de mekaniske flyinstrumentene i det tidlige romskipet, som viste det beregnede resultatet ikke i form av sifre, men gjennom forskyvninger av indikatorflatene.

Bemannet sovjetisk romfartøy var utstyrt med et instrument kalt Globus. Dette viste jordens figurative bevegelse gjennom forskyvningen av en miniatyrjordisk jordklode, i tillegg til indikatorer for breddegrad og lengdegrad.

Elektriske datamaskiner

De er mer vanlige fordi de har et vesentlig bredere passbånd og er praktisk for tilkobling til andre datamaskiner og til enhetens kontrollelementer.

De bruker elektriske signaler som strømmer gjennom forskjellige motstander og kondensatorer for å simulere fysiske fenomener, i stedet for mekanisk interaksjon mellom komponenter.

Utformingen av de analoge elementene på datamaskinen er basert på likestrømte elektroniske forsterkere. Disse har høy forsterkning i åpen kretsmodus.

Avhengig av strukturen til inngangs- og tilbakemeldingskretsene, utfører en op forsterker enten en lineær eller en ikke-lineær matematisk operasjon. Også en kombinasjon av disse operasjonene.

Denne typen analoge datamaskiner ble mye brukt i databehandling og militær teknologi på midten av 1900-tallet, for eksempel i fly- og missiltester.

Forskjeller med digital

Signaloverføring

Digitale signaler har to diskrete tilstander, av eller på. Av-tilstanden er null volt og på-tilstanden er fem volt. Dette er grunnen til at digitale datamaskiner bruker binære talldata, i form av 0 og 1.

Analoge signaler er kontinuerlige. De kan være hvor som helst mellom to ytterpunkter, for eksempel -15 og +15 volt. Spenningen til et analogt signal kan være konstant eller variere over tid.

Det vil si at på analoge datamaskiner overføres data i form av kontinuerlige signaler. I digitale datamaskiner overføres de i form av diskrete signaler.

Kretsstyper

Analoge datakretser bruker operasjonsforsterkere, signalgeneratorer, motstandsnettverk og kondensatorer. Disse kretsene behandler kontinuerlige spenningssignaler.

Digitale datamaskiner bruker en rekke av / på-kretser, for eksempel mikroprosessorer, klokkegeneratorer og logiske porter.

Det vil si at den digitale datamaskinen bruker elektroniske kretsløp, mens den analoge datamaskinen bruker motstander for kontinuerlig strøm av signalet.

Presisjon

Analoge datamaskiner må håndtere et visst nivå av elektrisk støy i kretsløp, noe som påvirker deres nøyaktighet. Kretsene til en digital datamaskin har også elektrisk støy, selv om dette ikke har noen innvirkning på nøyaktighet eller pålitelighet.

På den annen side kan ikke den analoge datamaskinen gi repeterende resultater med en nøyaktig samsvar. Dette betyr at analoge datamaskiner er mindre nøyaktige sammenlignet med digitale datamaskiner.

programmering

Både analoge og digitale datamaskiner kan programmeres, selv om metodene er forskjellige.

Digitale datamaskiner bruker komplekse instruksjonssekvenser, for eksempel å sammenligne eller multiplisere to tall, eller flytte data fra et sted til et annet.

For å programmere en analog datamaskin er forskjellige delsystemer elektrisk koblet med kabler til hverandre. For eksempel er en signalgenerator koblet til en kontrollknotte for å variere signalets intensitet.

eksempler

Slottklokke

Denne berømte datamaskinen var i stand til å lagre programmeringsinstruksjoner. Når enheten sto over tre meter høy, viste enheten klokkeslettet, dyrekretsen og også banene til solen og månen.

Beregningsdelen av enheten tillot dermed brukere å stille inn variabel lengde på dagen avhengig av årstid. Denne datamaskinen ble beskrevet i 1206 og var veldig kompleks for sin tid.

Skyvregel

En av de enkleste og mest gjenkjennelige mekaniske analoge datamaskiner er lysregelen. Dette er en enhet for å tilnærme grunnleggende matematiske beregninger.

Brukere skyver en merket stang for å justere den med forskjellige merker på en annen stang, og leser dermed enheten basert på justeringen av de forskjellige merkene.

Differensialanalysator

Denne mekaniske analoge datamaskinen var i stand til å løse differensialligninger. Med en design så gammel som tidlig på 1800-tallet ble differensialanalysatoren perfeksjonert på 1930-tallet og brukt til midten av 1900-tallet.

Det regnes som den første moderne datamaskinen. Den veide 100 tonn og inneholdt 150 motorer, pluss hundrevis av miles med kabler som forbinder reléer og vakuumrør.

Etter dagens standard var maskinen treg. Faktisk var det bare hundre ganger raskere enn en menneskelig operatør som brukte en stasjonær kalkulator.

Andre eksempler

- Predictor Kerrison.

- Librascope, balanse og vektcomputer til et fly.

- Mekaniske integratorer som planimeter.

- Nomogram.

- Norden bombardementvisir.

- Datamaskiner relatert til brannkontroll.

- Vannintegratorer.

- MONIAC, økonomisk modellering.

Simulation Council var en forening av analoge databrukere i USA.

Nyhetsbrev fra Simulation Council fra 1952 til 1963 er for øyeblikket tilgjengelig online. De viser teknologiene på den tiden og også vanlig bruk av analoge datamaskiner.

referanser

1. Wikipedia, gratis leksikon (2019). Analog datamaskin. Hentet fra: en.wikipedia.org.
2. Techopedia (2019). Analog datamaskin. Hentet fra: ceilingpedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Hva er analog datamaskin? - Definisjon. E-datamaskinnotater. Hentet fra: ecomputernotes.com.
4. Encyclopaedia Britannica (2019). Analog datamaskin. Hentet fra: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 Forskjeller mellom analoge og digitale datamaskiner. Hentet fra: techwalla.com.
6. The Free Dictionary (2019). Analog datamaskin. Hentet fra: encyclopedia2.thefreedictionary.com.
7. Encyclopedia (2002). Datamaskin, analog. Hentet fra: encyclopedia.com.