아날로그 컴퓨터 : 특성, 구성 요소, 유형 - 과학 기술 - 2024

아날로그 컴퓨터는 사용 연속적 기계적 또는 수력 전기 수량 같은 물리적 현상의 양태를 변경하는 것이 시스템의 유형, 문제가 해결되는 모델링한다.

즉, 압력, 온도, 전압, 속도 및 무게와 같이 직접 측정 가능한 연속 값으로 표시되는 숫자로 작동하는 컴퓨터입니다. 반대로 디지털 컴퓨터는 이러한 값을 상징적으로 나타냅니다.

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

아날로그 컴퓨터는 매우 광범위한 복잡성을 가질 수 있습니다. 가장 간단한 것은 슬라이드 규칙과 노모 그램이며 해군 총과 대형 하이브리드 디지털 / 아날로그 컴퓨터를 제어하는 ​​컴퓨터는 가장 복잡합니다. 당시 그들은 처음으로 개발 된 컴퓨터 기계였습니다.

공정 제어 시스템 및 보호 계전기는 아날로그 컴퓨팅을 사용하여 제어 및 보호 기능을 수행합니다.

1960 년대에 주요 제조업체는 진공관과 20 개의 통합기를 갖춘 231R 아날로그 컴퓨터를 보유한 미국 회사 Electronic Associates였습니다. 나중에 솔리드 스테이트 연산 증폭기와 64 개의 적분기가있는 8800 아날로그 컴퓨터를 사용했습니다.

디지털 컴퓨터로 교체

60 년대 70 년대에 처음에는 진공관을 기반으로하고 나중에는 트랜지스터, 집적 회로 및 마이크로 프로세서를 기반으로 한 디지털 컴퓨터가 더욱 경제적이고 정확 해졌습니다.

이로 인해 디지털 컴퓨터가 주로 아날로그 컴퓨터를 대체하게되었습니다. 그러나 아날로그 컴퓨터는 그 당시 일반적으로 훨씬 더 빠르기 때문에 과학 및 산업 응용 분야에서 계속 사용되었습니다.

예를 들어, 그들은 비행기의 비행 컴퓨터와 같은 특정 응용 프로그램에서 계속 사용되었습니다.

합성 조리개 레이더와 같은 더 복잡한 애플리케이션은 디지털 컴퓨터가 작업에 충분하지 않았기 때문에 1980 년대까지 아날로그 컴퓨팅의 지배 아래 남아있었습니다.

아날로그 컴퓨팅에 대한 연구는 여전히 진행 중입니다. 일부 대학은 여전히 ​​아날로그 컴퓨터를 사용하여 제어 시스템 이론을 가르칩니다.

형질

아날로그 데이터 처리

아날로그 컴퓨터는 전압, 온도, 압력, 속도 등과 같은 아날로그 데이터를 처리하는 데 사용됩니다. 이 물리량 데이터를 지속적으로 저장하고 이러한 측정을 통해 계산을 수행합니다.

결과를 나타내는 기호 숫자를 사용하는 디지털 컴퓨터와는 상당히 다릅니다.

아날로그 컴퓨터는 데이터를 숫자 나 코드로 변환하지 않고 직접 측정해야하는 상황에 적합합니다.

아날로그 신호 사용

아날로그 컴퓨터는 시간에 따라 변하는 값을 포함하는 연속 또는 사인파로 표현할 수있는 아날로그 신호를 사용합니다.

아날로그 신호는 진폭이나 주파수가 다를 수 있습니다. 진폭 값은 최고점이라고하는 최고점 및 최저점과 관련된 신호의 강도입니다. 반면에 주파수의 값은 왼쪽에서 오른쪽으로의 물리적 길이입니다.

아날로그 신호의 예로는 전기 구리선을 통한 소리 또는 사람의 말이 있습니다.

아날로그 컴퓨터는 한 번의 작업으로 수량을 측정하고 비교하기 때문에 저장 용량이 필요하지 않습니다.

제한된 정밀도

아날로그 표현의 정밀도는 일반적으로 소수 자릿수로 제한됩니다.

아날로그 컴퓨터의 정확도는 컴퓨팅 요소와 내부 전력 및 전기적 상호 연결의 품질에 의해 제한됩니다.

주로 사용되는 판독 장비의 정밀도에 의해 제한되며 일반적으로 소수점 이하 3 자리 또는 4 자리입니다.

프로그램 작성

아날로그 컴퓨터에서의 프로그래밍은 문제의 방정식을 아날로그 컴퓨터 회로로 변환하는 것을 포함합니다.

아날로그 컴퓨터 란 무엇입니까?

데이터를 숫자로 표현하는 대신 문제를 해결하기 위해 전압이나 기어 회전과 같은 측정 가능한 양으로 데이터를 표현하는 데 사용됩니다.

모니터링 및 제어

모니터링 및 제어 시스템에서 제어 공식을 결정하고 효율성, 전력, 성능 등과 같은 프로세스 매개 변수를 계산하는 데 사용됩니다.

매개 변수와 물체의 좌표의 연관성을 정의하는 수학 식을 할당 할 수 있다면 아날로그 컴퓨터는 해당 방정식을 풀 수 있습니다.

예를 들어, 아날로그 컴퓨터는 전력 시스템의 경제적 효율성을 평가하는 데 널리 사용되며 자동 조정기 역할을 할 수 있습니다.

연속 유량 및 온도 측정이 중요한 정유 공장과 같은 공정을 제어하는 ​​데 자주 사용됩니다.

고급 분석

제어 된 프로세스를 설명하는 연립 방정식을 반복적으로 풀면 아날로그 컴퓨터는 짧은 시간에 많은 수의 대체 솔루션을 스캔 할 수 있습니다. 이를 위해 프로세스 중에 변경 될 수있는 매개 변수에서 다른 값을 사용합니다.

필요한 품질은 아날로그 컴퓨터에서 발표하는 제어 신호를 통해 보장 할 수 있습니다.

컴퓨터에 의해 결정된 값은 제어점을 조정하는 조절 장치로 전송됩니다.

방해 또는 유용한 신호의 결정

방해 또는 유용한 신호의 크기는 잡음 및 신호를 측정하는 통계에서 결정된 변화 외에 동적 시스템, 초기 조건의 값을 설명하는 미분 방정식을 사용하여 결정됩니다.

아날로그 컴퓨터를 사용하여 장애를 자동으로 기록하고 장애의 특성과 양에 따라 제어 신호를 생성하는 도구를 만들 수도 있습니다.

동적 시스템 시뮬레이션

시뮬레이션은 실시간 또는 매우 빠른 속도로 수행 할 수 있으므로 변경된 변수로 반복 실행을 실험 할 수 있습니다.

그들은 항공기 시뮬레이션, 원자력 발전소 및 산업 화학 공정에서 광범위하게 사용되었습니다.

구성품

연산 증폭기

대부분의 전기 아날로그 컴퓨터는 전압 또는 전위차를 조작하여 작동합니다. 기본 구성 요소는 출력 전류가 입력 전위차에 비례하는 장치 인 연산 증폭기입니다.

이 출력 전류를 적절한 구성 요소를 통해 흐르게함으로써 더 많은 전위차를 얻고 더하기, 빼기, 반전 및 적분을 포함한 다양한 수학적 연산을 수행 할 수 있습니다.

전기 아날로그 컴퓨터는 여러 유형의 증폭기로 구성됩니다. 이것들은 매우 복잡하고 다양한 변수를 가진 수학적 표현을 생성하기 위해 연결될 수 있습니다.

유압 부품

주요 유압 구성 요소에는 파이프, 밸브 및 컨테이너가 포함될 수 있습니다.

기계 부품

컴퓨터, 차동 기어, 디스크, 볼 또는 롤러 통합 기, 2D 및 3D 캠, 기계식 리졸버 및 승수, 서보 토크 내에서 데이터를 전송하기위한 로터리 축이있을 수 있습니다.

전기 및 전자 부품

-정밀 저항기 및 커패시터.

-연산 증폭기.

-승수.

-전위차계.

-고정 함수 발생기.

수학 연산의 특성에 따라

선의

선형 구성 요소는 더하기, 통합, 부호 변경, 상수 곱하기 등의 작업을 수행합니다.

비선형

함수 생성기는 비선형 관계를 재현합니다. 하나, 둘 또는 그 이상의 인수에서 할당 된 기능을 재현하도록 설계된 컴퓨터 구성 요소가 있습니다.

이 클래스에서는 단일 인수 불연속 함수를 재생하는 장치와 승수 제수 장치를 구분하는 것이 일반적입니다.

논리적

논리 구성 요소 중에는 여러 수량, 개별 논리 장치, 릴레이 스위칭 회로 및 기타 특수 장치 사이에서 더 크거나 작은 수량을 분리하도록 설계된 아날로그 논리 장치가 있습니다.

모든 논리 장치는 일반적으로 병렬 논리 장치라고하는 하나로 결합됩니다. 개별 논리 장치를 서로 연결하고 컴퓨터의 다른 아날로그 구성 요소에 연결하기위한 자체 패치 패널이 장착되어 있습니다.

종류

기계 컴퓨터

전자 부품이 아닌 레버 및 기어와 같은 기계 부품으로 제작됩니다.

가장 일반적인 예는 기계와 기계식 카운터를 추가하는 것인데, 이는 추가 또는 계산을 수행하기 위해 기어 회전을 사용합니다. 더 복잡한 예는 곱셈과 나눗셈, 심지어 미분 분석을 수행 할 수 있습니다.

가장 실용적인 기계 컴퓨터는 회전 축을 사용하여 한 메커니즘에서 다른 메커니즘으로 변수를 전송합니다.

조수를 예측하는 기계 인 푸리에 신디사이저에서는 고조파 성분을 추가 한 케이블과 도르래가 사용되었습니다.

계산 된 결과를 숫자 형태가 아니라 표시기 표면의 변위를 통해 보여준 초기 우주선의 기계식 비행 계기를 언급하는 것이 중요합니다.

유인 소련 우주선에는 Globus라는 장비가 장착되었습니다. 이것은 위도와 경도의 지표와 함께 소형 지구본의 변위를 통한 지구의 비 유적 움직임을 보여주었습니다.

전기 컴퓨터

통과 대역이 상당히 넓고 다른 컴퓨터 및 장치 제어 요소에 연결하는 데 편리하기 때문에 더 일반적입니다.

그들은 구성 요소의 기계적 상호 작용이 아닌 물리적 현상을 시뮬레이션하기 위해 다양한 저항과 커패시터를 통해 흐르는 전기 신호를 사용합니다.

컴퓨터의 아날로그 요소 디자인은 직류 전자 증폭기를 기반으로합니다. 개방 회로 모드에서 이득이 높습니다.

입력 및 피드백 회로의 구조에 따라 연산 증폭기는 선형 또는 비선형 수학적 연산을 수행합니다. 또한 이러한 작업의 조합입니다.

이 유형의 아날로그 컴퓨터는 항공기 및 미사일 테스트와 같은 20 세기 중반 컴퓨팅 및 군사 기술에 널리 사용되었습니다.

디지털과의 차이점

신호 전송

디지털 신호에는 꺼짐 또는 켜짐의 두 가지 개별 상태가 있습니다. 꺼짐 상태는 0V이고 켜짐 상태는 5V입니다. 이것이 디지털 컴퓨터가 0과 1의 형태로 이진수 데이터를 사용하는 이유입니다.

아날로그 신호는 연속적입니다. -15 볼트와 +15 볼트와 같이 두 극단 사이에있을 수 있습니다. 아날로그 신호의 전압은 일정하거나 시간에 따라 달라질 수 있습니다.

즉, 아날로그 컴퓨터에서 데이터는 연속 신호의 형태로 전송됩니다. 디지털 컴퓨터에서는 이산 신호의 형태로 전송됩니다.

회로 유형

아날로그 컴퓨터 회로는 연산 증폭기, 신호 발생기, 저항기 네트워크 및 커패시터를 사용합니다. 이 회로는 연속 전압 신호를 처리합니다.

디지털 컴퓨터는 마이크로 프로세서, 클록 생성기 및 로직 게이트와 같은 다양한 온 / 오프 회로를 사용합니다.

즉, 디지털 컴퓨터는 전자 회로를 사용하는 반면 아날로그 컴퓨터는 신호의 지속적인 흐름을 위해 저항을 사용합니다.

정도

아날로그 컴퓨터는 회로의 정확도에 영향을 미치는 특정 수준의 전기적 노이즈를 처리해야합니다. 디지털 컴퓨터의 회로에도 전기 노이즈가 있지만 정확도 나 신뢰성에는 영향을주지 않습니다.

반면에 아날로그 컴퓨터는 정확히 일치하는 반복 결과를 생성 할 수 없습니다. 즉, 아날로그 컴퓨터는 디지털 컴퓨터에 비해 정확도가 떨어집니다.

프로그램 작성

방법은 다르지만 아날로그 및 디지털 컴퓨터 모두 프로그래밍 할 수 있습니다.

디지털 컴퓨터는 두 숫자를 비교하거나 곱하거나 한 위치에서 다른 위치로 데이터를 이동하는 것과 같은 복잡한 명령 시퀀스를 사용합니다.

아날로그 컴퓨터를 프로그래밍하기 위해 서로 다른 하위 시스템이 케이블로 서로 전기적으로 연결됩니다. 예를 들어, 신호 발생기는 신호 강도를 변경하기 위해 컨트롤 노브에 연결됩니다.

예

성 시계

이 유명한 컴퓨터는 프로그래밍 명령을 저장할 수있었습니다. 3 미터가 넘는이 장치는 시간, 황도대, 그리고 태양과 달의 궤도를 표시했습니다.

따라서 장치의 계산 부분을 통해 사용자는 계절에 따라 하루의 가변 길이를 설정할 수 있습니다. 1206 년에 묘사 된이 컴퓨터는 당시로서는 매우 복잡했습니다.

규칙을 비껴나 가다

가장 간단하고 가장 잘 알려진 기계식 아날로그 컴퓨터 중 하나는 슬라이드 룰입니다. 이것은 기본적인 수학적 계산을 근사화하는 장치입니다.

사용자는 표시된 막대를 밀어 다른 막대의 다양한 표시와 정렬하여 다양한 표시의 정렬에 따라 장치를 읽습니다.

차동 분석기

이 기계식 아날로그 컴퓨터는 미분 방정식을 풀 수있었습니다. 1800 년대 초반의 오래된 디자인을 가진 차동 분석기는 1930 년대에 완성되어 20 세기 중반까지 사용되었습니다.

최초의 현대 컴퓨터로 간주됩니다. 무게는 100 톤에 150 개의 모터와 릴레이와 진공관을 연결하는 수백 마일의 케이블을 포함했습니다.

오늘날의 기준으로는 기계가 느 렸습니다. 실제로 데스크톱 계산기를 사용하는 인간 운영자보다 약 100 배 더 빠릅니다.

다른 예

-예측 자 케리 슨.

-항공기의 Librascope, 균형 및 무게 컴퓨터.

-면적계와 같은 기계 적분기.

-노모 그램.

-Norden 폭격 바이저.

-사격 통제와 관련된 컴퓨터.

-물 통합 자.

-MONIAC, 경제 모델링.

시뮬레이션위원회는 미국의 아날로그 컴퓨터 사용자 협회였습니다.

1952 년부터 1963 년까지의 Simulation Council 뉴스 레터는 현재 온라인으로 제공됩니다. 그들은 당시의 기술과 아날로그 컴퓨터의 일반적인 사용을 보여줍니다.

참고 문헌

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