ORDINADORS ANALÒGIQUES: CARACTERÍSTIQUES, COMPONENTS, TIPUS - TECNOLOGIA - 2025

Les computadores analògiques són un tipus d'ordinador que utilitza els aspectes contínuament canviants dels fenòmens físics, com ara quantitats elèctriques, mecàniques o hidràuliques, per modelar el problema que s'està resolent.

És a dir, són ordinadors que operen amb nombres representats per valors continus directament mesurables, com pressió, temperatura, voltatge, velocitat i pes. En contrast, els ordinadors digitals representen aquests valors de forma simbòlica.

Font: X-15_Analog_computer By How it 's made - https://www.youtube.com/watch?v=PW1NAcZLDgs, Public Domain, Els ordinadors analògiques poden tenir una gamma molt àmplia de complexitat. Les més simples són les regles de càlcul i els nomogrames, mentre que els ordinadors que controlen els canons navals i les grans computadores híbrides digitals / analògiques es troben entre les més complicades. En el seu moment, van ser les primeres màquines informàtiques desenvolupades.

Els sistemes de control de processos i els relés de protecció utilitzen la computació analògica per a realitzar funcions de control i protecció.

En la dècada de 1960, el principal fabricant era l'empresa nord-americana Electronic Associates, amb el seu ordinador analògica 231R, amb tubs de buit i 20 integradors. Posteriorment, amb el seu ordinador analògica 8800, amb amplificadors operacionals d'estat sòlid i 64 integradors.

Reemplaçament per computadores digitals

En els anys 60 70 les computadores digitals, basades primer en tubs de buit, i posteriorment en transistors, circuits integrats i microprocessadors, es van anar fent més econòmiques i precises.

Això va fer que les computadores digitals fossin reemplaçant en gran mesura a les computadores analògiques. No obstant això, Els ordinadors analògics van seguir sent utilitzades en aplicacions científiques i industrials, perquè en aquest moment eren comunament molt més ràpides.

Per exemple, van continuar sent utilitzades en algunes aplicacions específiques, com l'ordinador de vol en els avions.

Aplicacions més complexes, com el radar d'obertura sintètica, van romandre sota el domini de la computació analògica fins ben entrada la dècada de 1980, ja que els ordinadors digitals eren insuficients per a la tasca.

Tot i actualment s'està investigant sobre computació analògica. Algunes universitats encara usen computadores analògiques per així ensenyar la teoria dels sistemes de control.

Característiques

Processament de dades analògiques

Un ordinador analògica s'utilitza per processar dades analògics, com voltatge, temperatura, pressió, velocitat, etc. Contínuament emmagatzema aquestes dades de quantitats físiques i realitza els càlculs amb l'ajuda d'aquests mesuraments.

És bastant diferent de l'ordinador digital, que utilitza nombres simbòlics per representar els resultats.

Els ordinadors analògics són excel·lents per a situacions que requereixen que les dades es mesuren directament, sense convertir-los en números o codis.

Ús de senyals analògiques

L'ordinador analògica fa servir el senyal analògic, que pot ser representada com una ona sinusoïdal o contínua, la qual conté valors que varien en el temps.

Un senyal analògic pot variar en la seva amplitud o en la seva freqüència. El valor de l'amplitud és la intensitat del senyal relacionada amb el seu punt més alt, anomenat cresta, i amb els seus punts més baixos. D'altra banda, el valor de la freqüència és la seva longitud física d'esquerra a dreta.

Exemples de senyals analògics són el so o la parla humana a través d'un cable de coure electrificat.

Els ordinadors analògics no requereixen cap capacitat d'emmagatzematge perquè en una sola operació mesuren i comparen les quantitats.

precisió limitada

Les representacions analògiques tenen una precisió limitada, comunament d'uns pocs decimals.

La precisió d'un ordinador analògica està limitada pels seus elements informàtics, així com per la qualitat de l'energia interna i les interconnexions elèctriques.

Principalment la limita la precisió de l'equip de lectura utilitzat, que és generalment de tres o quatre decimals.

programació

La programació en un ordinador analògic implica la transformació de les equacions de el problema en el circuit de l'ordinador analògica.

Per a què serveixen les computadores analògiques?

Serveixen per representar dades per quantitats mesurables, com voltatges o rotació d'engranatges, per així poder resoldre un problema, en lloc d'expressar les dades com nombres.

Monitorització i control

En els sistemes de monitorització i control es fan servir per determinar una fórmula de control i per calcular els paràmetres de el procés, com eficiència, potència, rendiment i altres.

Si es pot assignar una expressió matemàtica que defineixi l'associació d'un paràmetre amb les coordenades d'un objecte, l'ordinador analògic serveix per resoldre l'equació corresponent.

Per exemple, els ordinadors analògics s'usen àmpliament per avaluar l'eficiència econòmica dels sistemes d'energia, i poden servir com a reguladors automàtics.

Sovint es fan servir per controlar processos com els existents en les refineries de petroli, on són importants els mesuraments continus de el flux i temperatura.

anàlisi avançada

Resolent repetidament el sistema d'equacions que descriu un procés controlat, un ordinador analògica pot escanejar en poc temps una gran quantitat de solucions alternes. Per a això utilitza diferents valors en els paràmetres subjectes a canvis durant el procés.

Es podrà garantir la qualitat requerida, mitjançant senyals de control anunciades per l'ordinador analògica.

Els valors determinats per l'ordinador són transmesos a un dispositiu regulador, que ajusta els punts de control.

Determinació de senyals pertorbadores o útils

La magnitud d'un senyal pertorbadora o útil es determina utilitzant equacions diferencials que descriguin el sistema dinàmic, els valors de les condicions inicials, a més dels canvis determinats en les estadístiques que mesuren el soroll i el senyal.

Un ordinador analògica també es pot utilitzar per construir instruments que registrin automàticament les pertorbacions i creïn un senyal de control, que dependrà de l'caràcter i la quantitat de les pertorbacions.

Simulació de sistemes dinàmics

Les simulacions es poden realitzar en temps real o molt altes velocitats, permetent així experimentar curses repetides amb les variables alterades.

S'han utilitzat àmpliament en simulacions d'avions, plantes d'energia nuclear i també en processos químics industrials.

components

amplificador operacional

La majoria de les computadores analògiques elèctriques funcionen manipulant voltatges o diferències de potencial. El seu component bàsic és l'amplificador operacional, el qual és un dispositiu la corrent de sortida és proporcional a la seva diferència de potencial d'entrada.

A l'fer que aquest corrent de sortida flueixi a través dels components apropiats s'obtenen més diferències de potencial i es pot dur a terme una àmplia varietat d'operacions matemàtiques, que inclouen la suma, resta, inversió i integració.

Un ordinador analògica elèctrica consta de nombrosos tipus d'amplificadors. Aquests poden connectar-se per generar una expressió matemàtica de gran complexitat i amb una multitud de variables.

components hidràulics

Els components hidràulics claus podrien incloure les canonades, les vàlvules i els contenidors.

components mecànics

Poden estar els eixos rotatius per a transportar les dades dins de l'ordinador, engranatges diferencials, integradors de disc, bola o corró, lleves 2-D i 3-D, resolventes i multiplicadors mecànics, i servo-torques.

Components elèctrics i electrònics

- Resistències i condensadors de precisió.

- Amplificadors operacionals.

- Multiplicadors.

- Potenciòmetres.

- Generadors de funció fixa.

Segons la naturalesa de les operacions matemàtiques

lineals

Els components lineals realitzen les operacions de suma, integració, canvis de signe, multiplicació per una constant i altres.

no lineals

Els generadors de funcions reprodueixen les relacions no lineals. Hi ha components informàtics dissenyats per reproduir una funció assignada, a partir d'un, dos o més arguments.

És habitual distingir en aquesta classe els dispositius que reprodueixen funcions discontínues d'un sol argument i els dispositius divisors multiplicadors.

lògics

Entre els components lògics es troben els dispositius lògics analògics, dissenyats per separar la quantitat més o menys entre diverses quantitats, dispositius lògics discrets, circuits de commutació de relés i algunes altres unitats especials.

Tots els dispositius lògics es combinen generalment en un, anomenat dispositiu lògic paral·lel. Està equipat amb el seu propi tauler de connexions per connectar els dispositius lògics individuals entre si i amb la resta de components analògics de l'ordinador.

tipus

ordinadors mecàniques

Estan construïdes a partir de components mecànics, com palanques i engranatges, en lloc de components electrònics.

Els exemples més comuns són les màquines sumadores i els comptadors mecànics, que utilitzen el gir dels engranatges per fer sumes o recomptes. Exemples més complexos podien dur a terme multiplicacions i divisions, i fins i tot anàlisi diferencials.

Els ordinadors mecàniques més pràctiques fan servir eixos rotatius per així transportar les variables d'un mecanisme a un altre.

En el sintetitzador de Fourier, que era una màquina per predir marees, s'utilitzaven cables i politges que sumaven els components harmònics.

És important esmentar els instruments mecànics de vol en les naus espacials inicials, que mostraven el resultat calculat no en forma de dígits, sinó a través de desplaçaments de les superfícies indicadores.

Les naus espacials soviètiques tripulades estaven equipades amb un instrument anomenat Globus. Aquest mostrava el moviment figurat de la Terra a través d'el desplaçament d'un globus terrestre en miniatura, a més d'indicadors de latitud i longitud.

ordinadors elèctriques

Són més comuns, perquè tenen una banda de pas substancialment més àmplia i són convenients per a connectar-se amb altres ordinadors i amb els elements de control d'un aparell.

Usen senyals elèctrics que flueixen a través de diverses resistències i condensadors per simular els fenòmens físics, en lloc de la interacció mecànica dels components.

El disseny dels elements analògics de l'ordinador es basa en amplificadors electrònics de corrent continu. Aquests tenen alt guany en la manera de circuit obert.

Depenent de l'estructura de l'circuit d'entrada i del de retroalimentació, un amplificador operacional realitza una operació matemàtica lineal o no lineal. També una combinació d'aquestes operacions.

Aquest tipus de computadores analògiques va tenir un ampli ús en la informàtica i en la tecnologia militar a mitjan el segle XX, com ara en proves d'avions i míssils.

Diferències amb digitals

Transmissió de senyals

Els senyals digitals tenen dos estats discrets, desactivat o activat. L'estat desactivat és zero volts i l'estat activat és cinc volts. Per això les computadores digitals utilitzen dades de nombres binaris, en forma de 0 i 1.

Els senyals analògics són contínues. Poden tenir qualsevol valor entre dos extrems, com -15 i +15 volts. El voltatge d'un senyal analògic pot ser constant o variar amb el temps.

És a dir, en els ordinadors analògiques es transmeten les dades en forma de senyals continus. En els ordinadors digitals es transmeten en forma de senyals discrets.

Tipus de circuits

Els circuits de les computadores analògiques fan servir amplificadors operacionals, generadors de senyals, xarxes de resistències i condensadors. Aquests circuits processen senyals continus de voltatge.

Els ordinadors digitals utilitzen una varietat de circuits d'encesa / apagat, com microprocessadors, generadors de pols de rellotge i portes lògiques.

És a dir, l'ordinador digital utilitza circuits electrònics, mentre que l'ordinador analògica fa servir resistències per al flux continu del senyal.

precisió

Els ordinadors analògics han de bregar amb un cert nivell de soroll elèctric en els circuits, afectant això la seva precisió. Els circuits d'una computadora digital també tenen soroll elèctric, encara que això no té efecte en la precisió o fiabilitat.

D'altra banda, l'ordinador analògica no pot produir resultats repetits amb una equivalència exacta. Això significa que les computadores analògiques són menys precises en comparació amb els ordinadors digitals.

programació

Els ordinadors tant analògiques com digitals es poden programar, encara que els mètodes són diferents.

Els ordinadors digitals fan servir seqüències d'instruccions complexes, tal com comparar o multiplicar dos nombres, o moure dades d'un lloc a un altre.

Per programar un ordinador analògica es connecten elèctricament amb cables diferents subsistemes entre si. Per exemple, es connecta un generador de senyal a una perilla de control, per variar la intensitat del senyal.

exemples

Rellotge castell

Aquesta famosa ordinador era capaç de guardar instruccions de programació. Amb més de tres metres d'alçada, el dispositiu mostrava l'hora, el zodíac i també les òrbites de el sol i la lluna.

La part computacional de el dispositiu permetia als usuaris establir així la durada variable del dia en funció de la temporada. Descrita en 1206, aquest ordinador era molt complexa per la seva època.

Regla de càlcul

Una de les computadores analògiques mecàniques més simples i recognoscibles és la regla de càlcul. Aquest és un dispositiu per aproximar càlculs matemàtics bàsics.

Els usuaris llisquen una vareta marcada per alinear-la amb diverses marques en una altra vareta, llegint així el dispositiu segons l'alineació d'aquestes diverses marques.

analitzador diferencial

Aquesta ordinador analògica mecànica era capaç de resoldre equacions diferencials. Amb un disseny tan antic com el de principis de 1800, l'analitzador diferencial es va perfeccionar en la dècada de 1930 i es va usar fins a mitjan el segle XX.

Es considera el primer ordinador moderna. Pesava 100 tones i contenia 150 motors, a més de centenars de quilòmetres de cables que connectaven relés i tubs de buit.

Segons els estàndards actuals, la màquina era lenta. De fet, només era unes cent vegades més ràpida que un operador humà usant una calculadora d'escriptori.

altres exemples

- Predictor Kerrison.

- Librascopio, ordinador d'equilibri i pes d'una aeronau.

- Integradors mecànics com el planímetre.

- nomograma.

- Visor de bombardeig Norden.

- Ordinadors relacionades amb el control d'incendis.

- Integradors d'aigua.

- MONIAC, modelat econòmic.

El Consell de Simulació va ser una associació d'usuaris d'ordinadors analògiques als Estats Units.

Els butlletins de el Consell de Simulació de 1952 a 1963 estan actualment disponibles en línia. Mostren les tecnologies en aquell moment i també l'ús comú de les computadores analògiques.

referències

1. WikiLingue the free encyclopedia (2019). Analog computer. Pres de: en.wikipedia.org.
2. Techopedia (2019). Analog Computer. Pres de: techopedia.com.
3. Dinesh Thakur (2019). Què és el analog Computer? - Definition. Ecomputer Notes. Pres de: ecomputernotes.com.
4. Encyclopaedia Britannica (2019). Analog computer. Pres de: britannica.com.
5. John Papiewski (2019). 10 Differences between Analog & Digital Computers. Pres de: techwalla.com.
6. The Free Dictionary (2019). Analogue Computer. Pres de: encyclopedia2.thefreedictionary.com.
7. Encyclopedia (2002). Computer, Analog. Pres de: encyclopedia.com.