Ordinateurs analogiques en vedette, composants, types

Le Ordinateurs analogiques Ils sont un type d'ordinateur qui utilise les aspects en continu des phénomènes physiques, tels que les quantités électriques, mécaniques ou hydrauliques, pour modéliser le problème qui est résolu.

C'est-à-dire que ce sont des ordinateurs qui fonctionnent avec des nombres représentés par des valeurs continues directement mesurables, telles que la pression, la température, la tension, la vitesse et le poids. En revanche, les ordinateurs numériques représentent ces valeurs symboliquement.

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Les ordinateurs analogiques peuvent avoir une très large gamme de complexité. Les plus simples sont les règles de calcul et les nomogrammes, tandis que les ordinateurs qui contrôlent les canons navals et les grands ordinateurs hybrides numériques / analogiques sont parmi les plus compliqués. À l'époque, ils ont été les premiers machines développées développées.

Les systèmes de contrôle de processus et les relais de protection utilisent un calcul analogique pour effectuer des fonctions de contrôle et de protection.

Dans les années 1960, le principal fabricant était l'American Company Electronic Associates, avec son ordinateur analogique 231R, avec des tubes à vide et 20 intégrateurs. Par la suite, avec son ordinateur analogique 8800, avec des amplificateurs opérationnels à l'état solide et 64 intégrateurs.

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Remplacement des ordinateurs numériques

Dans les ordinateurs numériques 70 des années 60, basés d'abord sur des tubes à vide, et plus tard sur les transistors, les circuits intégrés et les microprocesseurs, ils sont devenus moins cher et plus précis.

Cela a conduit les ordinateurs numériques à remplacer largement les ordinateurs analogiques. Cependant, les ordinateurs analogiques sont restés utilisés dans les applications scientifiques et industrielles, car à ce moment-là, ils étaient généralement beaucoup plus rapides.

Par exemple, ils ont continué à être utilisés dans certaines applications spécifiques, comme l'ordinateur de vol dans l'avion.

Des applications plus complexes, telles que le radar d'ouverture synthétique, sont restées sous le domaine de l'informatique analogique jusqu'aux années 1980, car les ordinateurs numériques étaient insuffisants pour la tâche.

Même enquêtant actuellement sur l'informatique analogique. Certaines universités utilisent encore des ordinateurs analogiques afin d'enseigner la théorie du contrôle des systèmes de contrôle.

Caractéristiques

Traitement des données analogiques

Un ordinateur analogique est utilisé pour traiter les données analogiques, telles que la tension, la température, la pression, la vitesse, etc. Stockage en continu ces données de quantités physiques et effectue les calculs à l'aide de ces mesures.

Il est assez différent de l'ordinateur numérique, qui utilise des nombres symboliques pour représenter les résultats.

Les ordinateurs analogiques sont excellents pour les situations qui nécessitent que les données soient mesurées directement, sans les convertir en nombres ou codes.

Utilisation de signaux analogiques

L'ordinateur analogique utilise le signal analogique, qui peut être représenté comme une onde sinusoïdale ou continue, qui contient des valeurs qui varient dans le temps.

Un signal analogique peut varier dans sa largeur ou sa fréquence. La valeur de l'amplitude est l'intensité du signal lié à son point le plus élevé, appelé Crest, et avec ses points les plus bas. D'un autre côté, la valeur de fréquence est sa longueur physique de gauche à droite.

Des exemples de signaux analogiques sont la parole humaine ou la parole via un câble en cuivre électrifié.

Les ordinateurs analogiques ne nécessitent aucune capacité de stockage car en une seule opération, ils mesurent et comparent les quantités.

Précision limitée

Les représentations analogiques ont une précision limitée, généralement de quelques décimales.

La précision d'un ordinateur analogique est limitée par ses éléments informatiques, ainsi que par la qualité de l'énergie interne et des interconnexions électriques.

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Il limite principalement la précision de l'équipement de lecture utilisé, qui est généralement de trois ou quatre décimales.

La programmation

La programmation sur un ordinateur analogique implique la transformation des équations problématiques en circuit d'ordinateur analogique.

À quoi servent des ordinateurs analogiques?

Ils servent à représenter des données pour des quantités mesurables, telles que les tensions ou la rotation des engrenages, afin de résoudre un problème, au lieu d'exprimer des données en tant que nombres.

Monitorage et contrôle

Dans les systèmes de surveillance et de contrôle, ils sont utilisés pour déterminer une formule de contrôle et pour calculer les paramètres de processus, tels que l'efficacité, la puissance, les performances et autres.

Si une expression mathématique qui définit l'association d'un paramètre avec les coordonnées d'un objet peut être attribuée, l'ordinateur analogique sert à résoudre l'équation correspondante.

Par exemple, les ordinateurs analogiques sont largement utilisés pour évaluer l'efficacité économique des systèmes énergétiques et peuvent servir de régulateurs automatiques.

Ils sont souvent utilisés pour contrôler les processus tels que ceux existants dans les raffineries d'huile, où les mesures continues d'écoulement et de température sont importantes.

Analyse avancée

Résolvant à plusieurs reprises le système d'équations décrivant un processus contrôlé, un ordinateur analogique peut en peu de temps scanner un grand nombre de solutions alternatives. Pour ce faire, utilisez différentes valeurs dans les paramètres soumis à des changements pendant le processus.

La qualité requise peut être garantie, par des signaux de contrôle annoncés par l'ordinateur analogique.

Les valeurs déterminées par l'ordinateur sont transmises à un dispositif de régulation, qui ajuste les points de contrôle.

Détermination des signaux dérangeants ou utiles

L'amplitude d'un signal dérangeant ou utile est déterminée à l'aide d'équations différentielles qui décrivent le système dynamique, les valeurs des conditions initiales, en plus des changements déterminés dans les statistiques qui mesurent le bruit et le signal.

Un ordinateur analogique peut également être utilisé pour créer des instruments qui enregistrent automatiquement les perturbations et produisent un signal de contrôle, qui dépendra du caractère et de la quantité de perturbations.

Simulation de systèmes dynamiques

Les simulations peuvent être effectuées en temps réel ou à des vitesses très élevées, permettant ainsi à des courses répétées avec des variables modifiées.

Ils ont été largement utilisés dans les simulations d'avions, les usines d'énergie nucléaire et également dans les processus chimiques industriels.

Composants

Amplificateur opérationnel

La plupart des ordinateurs analogiques électriques fonctionnent de manipulation de tensions ou de différences potentielles. Son composant de base est l'amplificateur opérationnel, qui est un appareil dont le courant de sortie est proportionnel à sa différence de potentiel d'entrée.

En faisant passer ce courant de sortie à travers les composants appropriés, d'autres différences potentielles sont obtenues et une grande variété d'opérations mathématiques peut être effectuée, notamment la somme, la soustraction, l'investissement et l'intégration.

Un ordinateur analogique électrique se compose de nombreux types d'amplificateurs. Ceux-ci peuvent se connecter pour générer une expression mathématique d'une grande complexité et avec une multitude de variables.

Composants hydrauliques

Les composants hydrauliques clés peuvent inclure des tuyaux, des vannes et des conteneurs.

Composants mécaniques

Les axes rotatifs peuvent être pour transporter les données à l'intérieur de l'ordinateur, des engrenages différentiels, des intégrateurs de disque, une balle ou un rouleau, des cames 2D et 3D, des solvants et des multiplicateurs mécaniques, et des servom-torques.

Composants électriques et électroniques

- Résistance à la précision et condensateurs.

- Des amplificateurs opérationnels.

- Multiplicateurs.

- Potentiomètres.

- Générateurs de fonctions fixes.

Selon la nature des opérations mathématiques

Linéaire

Les composants linéaires effectuent la somme, l'intégration, les changements de signe, la multiplication par une constante et d'autres.

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Non linéaire

Les générateurs de fonctions reproduisent des relations non linéaires. Il existe des composants informatiques conçus pour reproduire une fonction assignée, à partir d'un, deux ou plusieurs arguments.

Il est habituel de distinguer dans cette classe les appareils qui reproduisent les fonctions discontinues d'un seul argument et des dispositifs de division multiplicateur.

Logique

Parmi les composants logiques figurent des dispositifs logiques analogiques, conçus pour séparer le montant le plus important ou le plus inférieur entre plusieurs montants, les dispositifs logiques discrets, les circuits de commutation des relais et quelques autres unités spéciales.

Tous les dispositifs logiques sont généralement combinés en un, appelé dispositif logique parallèle. Il est équipé de sa propre carte de connexion pour connecter les dispositifs logiques individuels les uns avec les autres et les composants analogiques restants de l'ordinateur.

Gars

Ordinateurs mécaniques

Ils sont construits à partir de composants mécaniques, tels que des leviers et des engrenages, au lieu de composants électroniques.

Les exemples les plus courants sont les machines récapitulatives et les compteurs mécaniques, qui utilisent la rotation des engrenages pour faire des sommes ou des comptes. Des exemples plus complexes pourraient effectuer des multiplications et des divisions, et même une analyse différentielle.

Les ordinateurs mécaniques les plus pratiques utilisent des axes rotatifs afin de transporter les variables d'un mécanisme à un autre.

Dans le synthétiseur de Fourier, qui était une marée, des câbles et des poulies ont été utilisés qui ont ajouté les composants harmoniques.

Il est important de mentionner les instruments de vol mécanique dans le vaisseau spatial initial, qui a montré le résultat calculé non pas par la forme de chiffres, mais par des déplacements des surfaces de l'indicateur.

Les vaisseaux spatiaux bien manqués étaient équipés d'un instrument appelé Globus. Cela a montré le mouvement figuratif de la Terre à travers le déplacement d'un ballon terrestre miniature, en plus des indicateurs de latitude et de longueur.

Ordinateurs électriques

Ils sont plus courants, car ils ont une bande de passage beaucoup plus large et sont pratiques pour se connecter avec d'autres ordinateurs et les éléments de contrôle d'un appareil.

Ils utilisent des signaux électriques qui circulent à travers plusieurs résistances et condensateurs pour simuler des phénomènes physiques, au lieu de l'interaction mécanique des composants.

La conception des éléments analogiques de l'ordinateur est basé sur des amplificateurs électroniques ex-courants. Ceux-ci ont un gain élevé en mode circuit ouvert.

Selon la structure du circuit d'entrée et de rétroaction, un amplificateur opérationnel effectue une opération mathématique linéaire ou non linéaire. Aussi une combinaison de ces opérations.

Ce type d'ordinateurs analogiques avait une large utilisation en informatique et technologie militaire au milieu du siècle, comme les tests d'avions et de missiles.

Différences avec le numérique

Transmission du signal

Les signaux numériques ont deux états discrets, désactivés ou activés. L'état handicapé est zéro volts et l'état activé est de cinq volts. Par conséquent, les ordinateurs numériques utilisent des données de nombres binaires, sous la forme de 0 et 1.

Les signaux analogiques sont continus. Ils peuvent avoir n'importe quelle valeur entre deux extrémités, telles que -15 et +15 volts. La tension d'un signal analogique peut être constante ou variable dans le temps.

C'est-à-dire que dans les ordinateurs analogiques, les données sont transmises sous la forme de signaux continus. Dans les ordinateurs numériques, ils sont transmis sous forme de signaux discrets.

Types de circuits

Les circuits d'ordinateurs analogiques utilisent des amplificateurs opérationnels, des générateurs de signaux, des réseaux de résistance et des condensateurs. Ces circuits traitent des signaux de tension continue.

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Les ordinateurs numériques utilisent une variété de circuits d'allumage / désactivés, tels que les microprocesseurs, les générateurs d'impulsions d'horloge et les portes logiques.

C'est-à-dire que l'ordinateur numérique utilise des circuits électroniques, tandis que l'ordinateur analogique utilise des résistances pour un flux de signal continu.

Précision

Les ordinateurs analogiques doivent faire face à un certain niveau de bruit électrique dans les circuits, affectant leur précision. Les circuits d'un ordinateur numérique ont également un bruit électrique, bien que cela n'ait aucun effet sur la précision ou la fiabilité.

D'un autre côté, l'ordinateur analogique ne peut pas produire de résultats répétés avec une équivalence exacte. Cela signifie que les ordinateurs analogiques sont moins précis par rapport aux ordinateurs numériques.

La programmation

Les ordinateurs analogiques et numériques peuvent être programmés, bien que les méthodes soient différentes.

Les ordinateurs numériques utilisent des séquences d'instructions complexes, telles que la comparaison ou la multiplication de deux nombres, ou le déplacement des données d'un endroit à un autre.

Pour programmer un ordinateur analogique, ils se connectent électriquement avec différents sous-systèmes de câbles entre eux. Par exemple, un générateur de signal est connecté à un bouton de commande, pour varier l'intensité du signal.

Exemples

Château de château

Ce célèbre ordinateur a pu enregistrer les instructions de programmation. Avec plus de trois mètres de haut, l'appareil a montré le temps, le zodiaque et aussi les orbites du soleil et de la lune.

La partie informatique de l'appareil a permis aux utilisateurs d'établir la durée variable de la journée en fonction de la saison. Décrit en 1206, cet ordinateur était très complexe pour son temps.

Règle de diapositive

L'un des ordinateurs analogiques mécaniques les plus simples et les plus reconnaissables est la règle de calcul. Il s'agit d'un appareil pour approximer les calculs mathématiques de base.

Les utilisateurs font glisser une tige marquée pour l'aligner avec plusieurs marques dans une autre tige, lisant ainsi l'appareil en fonction de l'alignement de ces différentes marques.

Analyseur différentiel

Cet ordinateur analogique mécanique a pu résoudre des équations différentielles. Avec un design aussi vieux que le début de 1800, l'analyseur différentiel a été perfectionné dans les années 1930 et utilisé jusqu'au milieu du siècle.

Il est considéré comme le premier ordinateur moderne. Il pesait 100 tonnes et contenait 150 moteurs, en plus de centaines de kilomètres de câbles qui connectent les relais et les tubes à vide.

Selon les normes actuelles, la machine était lente. En fait, c'était juste cent fois plus rapide qu'un opérateur humain utilisant une calculatrice de bureau.

Autres exemples

- Prédicteur Kerrison.

- Librascope, ordinateur d'équilibre et poids d'un avion.

- Des intégrateurs mécaniques tels que le planimètre.

- Nomogramme.

- Visionneuse de bombardements de Norden.

- Ordinateurs liés au feu.

- Intégrateurs d'eau.

- Moniac, modélisation économique.

Le Conseil de simulation était une association analogique des utilisateurs d'ordinateurs aux États-Unis.

Les boletines du Conseil de simulation de 1952 à 1963 sont actuellement disponibles en ligne. Ils montrent des technologies à l'époque et aussi l'utilisation courante des ordinateurs analogiques.

Les références

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2. Ravepedia (2019). Ordinateur analogique. Tiré de: Ravepedia.com.
3. Diesh Thakur (2019). Qu'est-ce que l'ordinateur analogique? - Définition. Notes eComputer. Pris de: ecomputertotes.com.
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7. Encyclopédie (2002). Ordinateur, analogique. Tiré de: Encyclopédie.com.