Даже несмотря на весьма небольшие погрешности отдельных операционных блоков, общая погрешность аналоговых компьютеров оставалось значительной. В сложных схемах решения ряда задач из-за накопления относительных погрешностей в их элементах суммарная погрешность схемы достигала пяти процентов.
Решить эту проблему помогло распределение вычислительной задачи между аналоговым и цифровым компьютером. Машинные комплексы, представляющие собой связанные с помощью АЦП-ЦАП преобразователей аналоговые и цифровые вычислители, назывались гибридными вычислительными системами.
Наибольшую известность в шестидесятые годы прошлого столетия приобрели гибридные ЭВМ производства компании Packard-Bell. Их компьютерная система HYCOMP, состоящая из аналогового компьютера MARK III и цифровой ЭВМ PB-440, использовалась для решения расчётных задач всех миссий лунной программы "Аполлон". В СССР подобные гибридные вычислительные комплексы "Сатурн" разрабатывались Пензенским заводом САМ на базе электроинтеграторов на резистивной сетке и цифровых ЭВМ семейства "Урал".
Обобщённая схема гибридной вычислительной системы, включающей две аналоговые ЭВМ общего назначения, специализированный электроинтегратор (сеточная модель) и цифровую ЭВМ
Гибридная вычислительная система HYCOMP производства компании Packard-Bell использовалась для расчётов в ходе лунной программы "Аполлон"
В дальнейшем успехи в области разработки интегральных цифровых схем позволили реализовать принципиально новый вид гибридности. В так называемых гибридных ЭВМ операционные блоки создавались на базе аналоговых схем лишь частично. Часть из них была реализована на цифровых схемах.
Такое схемотехническое решение позволило наряду с аналоговыми вычислениями реализовать: аналого-цифровое моделирование, конечно-разностное цифровое моделирование и цифровой вычислительный процесс на основе неалгоритмического потокового программирования, в ходе которого решение задачи организуется путём структурной перестройки процессора специального типа, именуемого FPAA (Field-programmable Analog Array). В FPAA в корпусе обычной интегральной микросхемы реализованы микроминиатюрные операционные блоки на основе традиционных для аналогового компьютера операционных усилителей.
Схема программируемой аналоговой матрицы FPAA
Микрофотография чипа FPAA
Являясь особым видом ПЛИС, интегральные схемы FPAA легко перепрограммируются под решение конкретных вычислительных задач, обеспечивая при этом минимально возможные для аналоговых операционных элементов погрешности вычислений. В отличие от своих цифровых собратьев FPGA, содержащих значительное количество логических элементов и соединительных связей, интегральные схемы FPAA состоят из относительно небольшого числа CAB-модулей, каждый из которых содержит либо схемы на основе операционных усилителей, либо массивы ёмкостей и резисторов. Фактически микросхемы FPAA реализуют конструкцию обычного аналогового компьютера с кросс-панелью в миниатюре. А это означает, что их можно применять для задач, в которых аналоговые компьютеры традиционно сильны. Так, современные FPAA в специальном исполнении, защищающем их от космической радиации, работают в качестве вычислителей орбит и траекторий полёта современных спутников и пилотируемых космических аппаратов.
А это означает, что у удивительных компьютеров без алгоритмов, зародившихся задолго до своих цифровых коллег и основанных на принципах подобия процессов в модельной и решаемой задаче, есть своё аналоговое, а если точнее - аналогово-цифровое будущее.
Аналоговые компьютеры возвращаются
Придуманы материалы, умеющие вычислять
ПОДЕЛИТЬСЯ10 5 13 января, 18:50
Международная группа исследователей из США и Италии теоретически разработала метаматериалы, которые могут работать как аналоговые компьютеры. Аналоговые компьютеры появились в середине прошлого века и прожили очень недолго, послужив промежуточным звеном между уходящими в историю бухгалтерскими арифмометрами и нарождающимися цифровыми машинами. По сути, это были те же самые арифмометры, где в роли рычажков, колесиков и прочего выступали электронные устройства. У них могло бы быть будущее – если бы не медлительность, большие размеры и громадная энергоемкость. Не будучи многозадачными, они в идеале имели кое-какие преимущества даже перед своими цифровыми потомками – им, например, не требовалось переводить информацию в нули и единички, а потом обратно, они просто обрабатывали поступившие данные в виде напряжений и выдавали ответ на-гора. Однако недостатки перевесили, и аналоговые компьютеры ушли намного быстрее, чем появилось само слово «компьютер».
Метаматериалы, придуманные итало-американской командой, могут изменить ситуацию на 180 градусов. Их компьютерный характер основан на прохождении света через прозрачную, но сложно устроенную среду. Когда свет проходит через что-то прозрачное, его волновой фронт можно отобразить некоторой изогнутой поверхностью. У метаматериалов при входе в них этот фронт имеет одну форму, а при выходе – совершенно другую. В этом и есть суть калькуляции. Зарегистрировав изменение профиля волнового фронта на выходе, пользователь может получить результат сложного вычисления заданных данных – их интегрирование, дифференцирование и даже такое сложное математическое действие, как конволюция, объединяющее две разные функции в третью.
Если метаматериалы, теоретически разработанные учеными, когда-нибудь появятся в реальности, они позволят сделать аналоговый компьютер, полностью лишенный недостатков промежуточного аналогового уродца 50-х годов, достаточно будет к приставке «мета» добавить приставку «нано». И расчеты в них будут производиться со световой скоростью.
САМЫЕ ИНТЕРЕСНЫЕ АНАЛОГОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ – ПОЗНАВАТЕЛЬНО!
Как вы знаете (или догадываетесь), компьютеры не всегда были цифровыми, и им предшествовали аналоговые, которые представляют числовые данные при помощи аналоговых физических переменных (скорость, длина, напряжение, ток, давление), в чём и состоит их главное отличие от цифрового компьютера. Аналоговые компьютеры основываются на задании физических характеристик их составляющих. (Источник – Википедия). К подвидам аналоговых компьютеров относятся электронные и механические вычислительные машины, с самыми интересными из которых мы и предлагаем вам сегодня ознакомиться :) Вот, например, этот "механизм из Антикитеры" является самым древним механическим калькулятором (механическим компьютером), применявшимся скорее всего для расчетов астрономических календарей и движений небесных тел. Найден этот механизм был в 1900-м году и датирован 150-100-м годом до н.э.; по сложности он сравним с механизмами, появившимися в Европе лишь в XVIII веке!
Механический Дифференциальный анализатор. Впервые был создан в 1934 году Дугласом Хартри и Артуром Портером. Может использоваться для разного рода математических расчетов и отличается высоким уровнем точности.
Norden bombsight – механический компьютер для расчета траектории падения бомб с самолета во время бомбардировок. Он использовался во время первой и второй Вьетнамской войны, а также во время войны в Корее. Его существование было полностью засекреченным.
Apollo Saturn 1 – компьютер для контроля над полетом космического корабля. Был создан в 1962 году компанией IBM, правда, подняться в воздух ему так никогда и не было дано.
AKAT 1 – польский аналоговый компьютер.
Comdyna LPG-20 – лабораторная контрольная система.
Beckman EASE был создан в 1955 году, использовался для звукозаписи.
Аналоговая компьютерная система производства Beckman Instruments, Inc, использовалась в аэропорту Сан-Франциско и состояла из 29-ти металлических будок 1,8 м в высоту и 18 метров в длину (все вместе).
Компьютер Ганса Куна, использовался для анализа химических моделей и строения молекул.
Mark III Torpedo Data Computer - бортовой компьютер американской подводной лодки Pampanito и других подводных лодок, участвовавших во Второй Вьетнамской войне.
Дифференциальный анализатор от компании General Electric, который был установлен в Университете Калифорнии в 1947 году.
Heathkit EC-1 – был представлен в 1960 году и стал первым общедоступным аналоговым компьютером.
RICO REAC 100 – в свое время (1948 год) считался очень компактным компьютером.
На счету компании Hitachi – не мало аналоговых и гибридных компьютеров, среди которых - Hitachi Model 505E.
Applied Dynamics AD4, 1966 год.
Dornier DO 240 – высоко точный компьютер, использовавшийся в ранних 70-х в научных целях. Его стоимость на тот момент составляла 50 тыс. долларов.
MONIAC Financephalograph – гидравлический компьютер, созданный новозеландским студентом Биллом Филлипсом в 1949 году.
Механический Дифференциальный анализатор. Впервые был создан в 1934 году Дугласом Хартри и Артуром Портером. Может использоваться для разного рода математических расчетов и отличается высоким уровнем точности.
Norden bombsight – механический компьютер для расчета траектории падения бомб с самолета во время бомбардировок. Он использовался во время первой и второй Вьетнамской войны, а также во время войны в Корее. Его существование было полностью засекреченным.
Apollo Saturn 1 – компьютер для контроля над полетом космического корабля. Был создан в 1962 году компанией IBM, правда, подняться в воздух ему так никогда и не было дано.
AKAT 1 – польский аналоговый компьютер.
Comdyna LPG-20 – лабораторная контрольная система.
Beckman EASE был создан в 1955 году, использовался для звукозаписи.
Аналоговая компьютерная система производства Beckman Instruments, Inc, использовалась в аэропорту Сан-Франциско и состояла из 29-ти металлических будок 1,8 м в высоту и 18 метров в длину (все вместе).
Компьютер Ганса Куна, использовался для анализа химических моделей и строения молекул.
Mark III Torpedo Data Computer - бортовой компьютер американской подводной лодки Pampanito и других подводных лодок, участвовавших во Второй Вьетнамской войне.
Дифференциальный анализатор от компании General Electric, который был установлен в Университете Калифорнии в 1947 году.
Heathkit EC-1 – был представлен в 1960 году и стал первым общедоступным аналоговым компьютером.
RICO REAC 100 – в свое время (1948 год) считался очень компактным компьютером.
На счету компании Hitachi – не мало аналоговых и гибридных компьютеров, среди которых - Hitachi Model 505E.
Applied Dynamics AD4, 1966 год.
Dornier DO 240 – высоко точный компьютер, использовавшийся в ранних 70-х в научных целях. Его стоимость на тот момент составляла 50 тыс. долларов.
MONIAC Financephalograph – гидравлический компьютер, созданный новозеландским студентом Биллом Филлипсом в 1949 году.
